WO2020013289A1 - 火花点火式2バルブエンジン、エンジンユニット、及び車両 - Google Patents

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combustion chamber
stroke
valve
spark ignition
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良卓 永井
隼人 田之倉
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a spark ignition type two-valve engine, an engine unit, and a vehicle.
  • spark ignition type two-valve engine that includes one intake valve and one exhaust valve and burns by spark ignition of a spark plug.
  • Patent Literature 1 discloses a four-stroke two-valve spark-ignition internal combustion engine.
  • the spark ignition type internal combustion engine of Patent Document 1 includes a cylinder, a cylinder head, a set of intake and exhaust valves, and a spark plug.
  • the cylinder head of this spark ignition type internal combustion engine has a squish surface facing the peripheral portion of the piston crown surface. A squish flow is generated at the squish surface.
  • the squish flow increases the flame propagation speed in the combustion chamber.
  • Patent Document 2 discloses an internal combustion engine including one intake valve, one exhaust valve, and a spark plug.
  • a tumble flow is generated in the combustion chamber depending on the shapes of the valve and the intake port. As a result, the thermal efficiency is improved.
  • Patent Document 3 discloses a two-valve internal combustion engine having a spark plug.
  • the top surface of the piston of the two-valve internal combustion engine of Patent Document 3 is provided with a squish surface formed along the outer peripheral edge.
  • a squish flow is generated by the squish area located between the squish surface and the cylinder head.
  • a concave portion for holding the tumble flow is provided in a portion closer to the center than the squish surface.
  • thermal efficiency is improved by a tumble flow and a squish flow.
  • the object of the present invention is to provide a spark ignition type two-valve engine capable of improving thermal efficiency.
  • the present inventors have paid attention to the distance that a flame propagates in the combustion of a spark ignition type two-valve engine.
  • the present inventors have studied the size and shape of a spark ignition type two-valve engine in terms of the distance over which the flame of combustion propagates. In examining the distance over which the flame of combustion propagates, the present inventors examined setting a longer stroke of the piston.
  • the present inventors have studied the piston stroke of a spark ignition type two-valve engine and found the following.
  • the present inventors have further studied the piston stroke of a spark ignition type two-valve engine, and have found the following.
  • SCTP single center tumble port
  • a fast tumble flow by the gas sent to the combustion chamber can be generated.
  • the stroke of the piston is set to be long, the moving speed of the piston increases.
  • the spark ignition type two-valve engine is provided with one intake valve and one intake port.
  • one intake valve and one intake port can be provided such that an extension region defined as a region having the width of the intake port and extending from the intake port in the intake direction overlaps with the exhaust port.
  • the flow formed by the gas taken into the combustion chamber from the intake port is the fastest near a straight line extending from the center of one intake port to the center of one exhaust port when viewed in the reciprocating direction of the piston. That is, a tumble flow with a faster flow is generated at the center of the flow than in a configuration in which, for example, two intake ports are arranged.
  • the central part of the flow constitutes the main part of the tumble flow and travels the longest distance in the combustion chamber. Since the tumble flow has a fast velocity distribution in the central part of the flow, the turbulence of the tumble flow is suppressed even when the overall velocity of the flow increases.
  • the fast movement of the piston in the intake stroke generates a fast tumble flow with reduced flow disturbance.
  • the stroke of the piston is set to be long in the spark ignition type two-valve engine, the moving speed of the piston when the piston pushes back the sucked gas in the compression stroke also increases. This results in a fast tumble flow. Therefore, in the spark ignition type two-valve engine, when the stroke of the piston is set to be long, the time required for gas combustion is reduced by obtaining a fast tumble flow.
  • the diameter of the cylinder bore decreases as the piston stroke is set longer. That is, the flatness of the shape of the combustion chamber defined by the piston decreases. Therefore, the maximum distance in which the flame propagates, which is the distance in the radial direction of the cylinder bore in the combustion chamber, is reduced. For this reason, it is possible to suppress an increase in heat energy that is transmitted through the cylinder and the like and escapes until the combustion is completed. Therefore, the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine increases.
  • the present inventors have considered that the increase in thermal efficiency due to setting the stroke of the piston of the spark ignition type two-valve engine longer may be larger than the increase in mechanical loss. Accordingly, the present inventors have increased the piston stroke and reduced the cylinder bore diameter in a spark ignition type two-valve engine. As a result, it has been found that the thermal efficiency can be improved.
  • the spark ignition type two-valve engine of the present invention completed based on the above knowledge has the following configuration.
  • a spark ignition type two-valve engine includes: A piston section defining a combustion chamber and reciprocating; A crankshaft connected to the piston portion so as to rotate in accordance with the reciprocation of the piston portion, One exhaust port communicating with the combustion chamber via an exhaust port; A gas that communicates with the combustion chamber via an intake port and is sent to the intake port so as to generate a tumble flow around an axis extending in a direction intersecting with the reciprocating direction in the gas sucked into the combustion chamber from the intake port.
  • the suction port has a width of the suction port when viewed in a reciprocating direction of the piston portion, and extends in a suction direction from the suction port.
  • One single center tumble port provided so that an extension area defined as an area overlaps with the exhaust port, One exhaust valve for opening and closing the exhaust port; One intake valve for opening and closing the intake port;
  • the combustion chamber is divided by a center passage line passing through the center of the exhaust port and the center of the intake port.
  • An offset ignition plug configured to spark ignite the gas in the combustion chamber by an offset ignition portion arranged so as not to overlap with the passing line;
  • the small-diameter long-stroke cylinder wherein the one exhaust port and the single center tumble port are formed, have a stroke volume of 0.1 L or more and less than 0.2 L, and define the combustion chamber together with the piston portion.
  • the chamber has a shorter diameter than the reciprocating stroke of the piston portion when viewed in the reciprocating direction, and the piston portion descends by a stroke longer than the diameter of the combustion chamber when viewed in the reciprocating direction.
  • the tumble flow is generated in the gas sucked from the single center tumble port through the separation enhancing portion, and the piston moves toward the top dead center by a stroke longer than the diameter.
  • a small-diameter long-stroke syringe formed so that the gas pushed by the piston portion is sometimes directed to the intake port. And, Is provided.
  • the spark ignition type two-valve engine (1) includes a piston portion, a crankshaft, an offset spark plug, and a small-diameter long-stroke cylinder.
  • the piston reciprocates.
  • the crankshaft is connected to the piston so as to rotate in accordance with the reciprocation of the piston.
  • the small diameter long stroke cylinder together with the piston section, defines a combustion chamber.
  • the small-diameter long-stroke cylinder has a stroke volume of 0.1 L or more and less than 0.2 L.
  • the small-diameter long-stroke cylinder has one exhaust port and one single center tumble port (SCTP).
  • the exhaust port communicates with the combustion chamber via an exhaust port.
  • the single center tumble port (SCTP) communicates with the combustion chamber via an inlet.
  • the single center tumble port has a peel strengthening portion.
  • the exfoliation enhancer is configured to enhance exfoliation of gas from a wall surface following the intake port.
  • the separation enhancer enhances the separation of the gas from the wall surface so as to generate a tumble flow in the gas sucked into the combustion chamber.
  • the intake port is arranged such that an extended area of the intake port overlaps with the exhaust port.
  • the extension region is defined as a region having the width of the intake port when viewed in the reciprocating direction of the piston portion and extending from the intake port in the intake direction.
  • the offset igniter is located in the first region of the two regions defined by dividing the combustion chamber by the center passage line so as not to overlap the center passage line.
  • the combustion chamber has a shorter diameter than the reciprocating stroke of the piston when viewed in the reciprocating direction.
  • SCTP single center tumble port
  • the piston moves by a stroke longer than the diameter of the combustion chamber.
  • the gas pushed by the piston is directed to the intake port. Also at this time, the piston moves by a stroke longer than the diameter of the combustion chamber.
  • the offset igniter spark-ignites the gas in the combustion chamber.
  • the gas passes through the single center tumble port (SCTP).
  • SCTP single center tumble port
  • the separation enhancer separates the gas from the wall surface so as to form a tumble flow with a small-diameter long-stroke cylinder. Therefore, in the small-diameter long-stroke cylinder, a fast tumble flow is formed by the gas sucked from the single center tumble port (SCTP). Since the stroke in which the piston moves is longer than the diameter of the combustion chamber, the moving speed of the piston is high. Thus, a fast tumble flow occurs in the combustion chamber.
  • the offset igniter is located in the first region of the combustion chamber so as not to overlap with the center passage line, so that the offset igniter suppresses the influence of the arrangement space and has a large intake port of the single center tumble port (SCTP). Can be secured.
  • the area of the intake port in the single center tumble port (SCTP) is smaller than the total area of the intake ports of an engine having a plurality of intake ports, for example. Gas passing through the inlet of a single center tumble port (SCTP) produces a fast tumble flow in the combustion chamber, since the smaller the opening, the faster the flow velocity.
  • the intake port of the single center tumble port (SCTP) is arranged such that the extended area of the intake port and the exhaust port overlap when viewed in the reciprocating direction of the piston portion.
  • the flow of gas sucked into the combustion chamber from the single center tumble port (SCTP) has a fast flow component near the center line of the combustion chamber when viewed in the reciprocating direction.
  • SCTP single center tumble port
  • the tumble flow formed in the combustion chamber has a fast distribution in the central part of the flow, so that the turbulence is suppressed even when the overall speed of the flow increases. Therefore, a fast tumble flow is easily maintained throughout the combustion chamber.
  • the gas taken into the small-diameter long-stroke cylinder from the intake port first flows toward the piston. Because of the fast gas flow, the gas sucked into the combustion chamber reaches the vicinity of the piston before the piston changes its direction of movement at the bottom dead center.
  • the offset ignition section is disposed at a position offset from the center of the combustion chamber when viewed in the reciprocating direction.
  • the fast tumble flow and the decrease in the maximum distance of the flame propagation reduce the influence on the combustion time due to the offset of the offset ignition section. Therefore, the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine increases.
  • the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine can be improved.
  • the indicated thermal efficiency of a general engine tends to decrease as the size of the engine decreases, due to the relationship between volume and surface area. When the stroke volume is less than 0.2 L, the decrease in the indicated thermal efficiency due to the decrease in the stroke volume is accelerated.
  • the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine is reduced. Increase. This increase in thermal efficiency can compensate for a decrease in the indicated thermal efficiency due to downsizing when a general engine is downsized to a stroke volume of 0.1 L. For this reason, according to the configuration of (1), a spark-ignited two-valve engine having a single center tumble port (SCTP) having a separation strengthening portion and a small-diameter long-stroke cylinder and having a stroke volume of 0.1 L or more and less than 0.2 L is provided. Thermal efficiency can be improved.
  • SCTP single center tumble port
  • a spark ignition type two-valve engine can employ the following configuration.
  • the small-diameter long-stroke cylinder has a stroke volume of 0.1 L or more and less than 0.18 L.
  • the spark ignition type two-valve engine of (2) has a simple structure with a single center tumble port functioning as one intake valve and one exhaust valve, and thus has a stroke volume of less than 0.18 L.
  • the thermal efficiency can be improved while suppressing an increase in the size of a small engine.
  • a spark ignition type two-valve engine can employ the following configuration. (3) The spark ignition type two-valve engine according to (1) or (2), The piston section has a reciprocating stroke greater than 1.2 times the diameter of the combustion chamber.
  • the stroke of the reciprocation of the piston portion with respect to the diameter of the combustion chamber is larger than 1.2 times, the degree of increase in the indicated thermal efficiency with respect to the increase in the stroke is saturated. That is, the increase in the illustrated thermal efficiency becomes stable with the increase in the stroke.
  • an engine unit can employ the following configuration.
  • the engine unit includes: (1) to (3) any one of the spark ignition type two-valve engines; An intake passage communicating with the single center tumble port and supplying gas to the single center tumble port; A throttle body having a throttle valve for adjusting a flow rate of gas flowing through the intake passage, In the throttle body, an angle formed by a reciprocating direction of the piston portion and a center line of the intake passage in the throttle body is smaller than an angle formed by a plane perpendicular to the reciprocating direction of the piston portion and the center line.
  • the small-diameter long-stroke cylinder is disposed at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder in a direction perpendicular to the reciprocating direction of the piston portion.
  • the combustion chamber of the spark ignition type two-valve engine provided in the engine unit of (4) has a diameter shorter than the reciprocating stroke of the piston when viewed in the reciprocating direction. Therefore, an increase in the size of the small-diameter long-stroke cylinder defining the combustion chamber in the radial direction can be suppressed. For this reason, the degree of freedom of arrangement of the throttle body arranged at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder is high.
  • an engine unit can employ the following configuration.
  • the engine unit includes: (1) to (3) any one of the spark ignition type two-valve engines; An intake passage communicating with the single center tumble port and supplying gas to the single center tumble port; A throttle body having a throttle valve for adjusting a flow rate of gas flowing through the intake passage, The throttle body is disposed so that a center line of the piston portion extending in a reciprocating direction of the piston portion and a center line of the intake passage in the throttle body intersect.
  • the combustion chamber of the spark-ignition two-valve engine provided in the engine unit of (5) has a diameter shorter than the reciprocating stroke of the piston portion when viewed in the reciprocating direction. Therefore, an increase in the size of the small-diameter long-stroke cylinder defining the combustion chamber in the radial direction can be suppressed. Therefore, the degree of freedom in the arrangement of the throttle body is high. Therefore, when the throttle body is arranged so that the center line of the piston section and the center line of the intake passage intersect, it is possible to avoid the arrangement of the intake passage that prevents generation of a fast tumble flow. As a result, the thermal efficiency can be further improved.
  • an engine unit can employ the following configuration.
  • the engine unit includes: (1) to (3) any one of the spark ignition type two-valve engines; A catalyst that is disposed so as to at least partially overlap the small-diameter long-stroke cylinder when viewed in the radial direction of the small-diameter long-stroke cylinder, and that purifies exhaust gas discharged from the combustion chamber of the spark ignition type two-valve engine. And a catalyst unit to be accommodated.
  • the combustion chamber of the spark ignition type two-valve engine provided in the engine unit of (6) has a diameter shorter than the reciprocating stroke of the piston when viewed in the reciprocating direction. Therefore, the catalyst unit can be arranged so as to overlap with the small-diameter long-stroke cylinder in the radial direction of the small-diameter long-stroke cylinder while suppressing an increase in the size of the small-diameter long-stroke cylinder in the radial direction. With such an arrangement, the distance between the combustion chamber and the catalyst can be shortened so that higher-temperature exhaust gas is supplied to the catalyst in order to more effectively exhibit the purification performance of the catalyst.
  • the engine unit (6) is suitably mounted on a vehicle, particularly a saddle type vehicle.
  • a straddle-type vehicle has a property in which a posture is controlled by a rider's weight shift during traveling, and the vehicle leans toward the center of a curve and turns.
  • a saddle-ride type vehicle is restricted by the above-mentioned properties with respect to the seat height and the minimum ground clearance, so that it is not easy to change the seat height and the minimum ground clearance.
  • the engine unit (6) is particularly suitably applied to such a straddle-type vehicle.
  • the catalyst unit is overlapped with the small-diameter long-stroke cylinder in the radial direction of the small-diameter long-stroke cylinder while suppressing an increase in the size of the small-diameter long-stroke cylinder in the radial direction.
  • the catalyst unit can be arranged so that the purification performance of the catalyst can be more effectively exhibited while suppressing or not changing the seat height and / or the minimum ground clearance.
  • the improvement in the purification performance of the catalyst facilitates the operation suitable for the thermal efficiency. Therefore, it is possible to further improve the thermal efficiency.
  • a vehicle can employ the following configuration. (7) A spark ignition type two-valve engine according to any one of (1) to (3), Wheels driven by the spark ignition type two-valve engine; Vehicle equipped with.
  • the single center tumble port (SCTP) is a passage for gas supplied to the combustion chamber, and has a function as a tumble port.
  • the function as a tumble port is a function in which the intake air generates a tumble flow (longitudinal vortex) in the combustion chamber.
  • the single center tumble port (SCTP) has a wall surface shaped to flow intake air into the combustion chamber so that the intake air generates a tumble flow in the combustion chamber.
  • the structure for generating the tumble flow of the single center tumble port (SCTP) is, for example, to separate the gas flow from the wall surface farthest from the exhaust port in the cylindrical wall surface following the intake port of the single center tumble port (SCTP). It is a structure to make it.
  • the structure for generating the tumble flow has, for example, a projection provided on the wall surface portion.
  • the structure for generating the tumble flow is not limited to this.
  • a bulging portion bulging outward from the port is provided at an upstream portion of the gas flow with respect to the wall portion.
  • a small-diameter long-stroke cylinder provided with a single center tumble port (SCTP) draws air from a relatively large single tumble port into a relatively small-diameter cylinder bore by moving a piston portion for a long stroke. Thereby, a fast tumble flow can be generated.
  • SCTP single center tumble port
  • the ratio of the stroke to the bore diameter is preferably larger than 1.0, and more preferably 1.2 or more.
  • the ratio of the stroke to the bore diameter is, for example, 1.3 or more.
  • the ratio of the stroke to the bore diameter is, for example, 1.5 or more.
  • the single center tumble port (SCTP) may be configured, for example, as described in (i) to (iii) below.
  • the single center tumble port (SCTP) is designed such that the interval between the intake port and the exhaust port on a center passing line passing through the center of the intake port and the center of the exhaust port is shorter than the diameter of the offset ignition section.
  • a formed air inlet may be provided. Since the offset ignition portion is offset, a large diameter of the intake port can be secured.
  • the single center tumble port has an inlet formed such that the center of the cylinder bore (that is, a point through which the center line of the piston passes) is located in the inlet when viewed in the reciprocating direction of the piston. May be.
  • the single center tumble port (SCTP) is formed such that, when viewed in the reciprocating direction of the piston portion, a portion where the center passage line and the intake port overlap on the center passage line in a region including the intake port is the center passage line and the intake passage.
  • An intake port formed so as to be longer than a portion that does not overlap with the mouth may be provided. Thus, a wide intake port is secured for the small diameter bore.
  • the diameter of the intake port may be longer than the center passage line in the area including the intake port.
  • the region including the intake port mainly includes the intake port when the combustion chamber is divided into two regions by a straight line that is orthogonal to the center passing line and that passes through the center of the cylinder bore when viewed in the reciprocating direction of the piston portion. Area.
  • the center passing line is a straight line passing through the center of the cylinder bore when viewed in the reciprocating direction of the piston portion.
  • the single center tumble port (SCTP) may be configured to satisfy any of the following, for example. ⁇ All of the above (i) to (iii) ⁇ The above (i) and (ii) ⁇ (Ii) and (iii) above ⁇ (I) and (iii) above ⁇ (I) above -The above (ii) -The above (iii)
  • the ports in the single center tumble port (SCTP) and the exhaust port indicate a gas passage formed in a small-diameter long-stroke cylinder.
  • the intake port is an opening for intake
  • the exhaust port is an opening for exhaust.
  • the intake port corresponds to a boundary between a single center tumble port (SCTP) and a combustion chamber.
  • the exhaust port corresponds to a boundary between the exhaust port and the combustion chamber.
  • the combustion chamber is a space defined by the piston section and the small-diameter long-stroke cylinder.
  • the tumble flow is a vortex around an axis extending in a direction intersecting the reciprocating direction of the piston portion.
  • the combustion chamber gas generating the tumble flow may also generate vortices other than the tumble flow.
  • the combustion chamber gas may have a swirl flow that rotates about an axis extending in a reciprocating direction of the piston portion, together with the tumble flow.
  • the tumble flow flows from the intake port to the exhaust port at the upper part of the combustion chamber (the part near the cylinder head).
  • the gas in the combustion chamber may include, for example, a flow in the upper part of the combustion chamber in a direction opposite to the flow from the intake port to the exhaust port.
  • the piston and the combustion chamber are circular when viewed in the reciprocating direction. However, at least one of the piston and the combustion chamber may be oval when viewed in the reciprocating direction, for example.
  • the piston portion has a stroke longer than the diameter, similar to a small-diameter long-stroke cylinder.
  • the separation enhancer has a structure in which the gas sent to the intake port is separated from the wall surface following the intake port so as to generate a tumble flow in the gas taken into the combustion chamber from the intake port.
  • the peeling enhancement portion is, for example, a projection projecting toward a space in a single center tumble port (SCTP). The projection may have an edge. Further, the convex portion may be adjacent to a concave portion for emphasizing the convex portion. Further, the peeling enhancement portion is not limited to one convex portion, and may be, for example, a dimple provided on a wall surface, that is, a plurality of minute depressions.
  • the extension region has a width of the intake port when viewed in the reciprocating direction of the piston portion, and is defined as a region extending from the intake port in the intake direction.
  • the intake direction corresponds to the direction of a straight line that extends the center line of the single center tumble port (SCTP) from the intake port.
  • SCTP single center tumble port
  • the width of the intake port the width of the largest intake port in a direction perpendicular to the intake direction is used.
  • the extension region overlaps, for example, the center of the top surface of the piston portion.
  • the center passing line is a straight line passing through the center of the exhaust port and the center of the intake port as viewed in the reciprocating direction of the piston portion.
  • the spark-ignition two-valve engine has one spark plug as an offset spark plug, for example.
  • the spark ignition type two-valve engine is not limited to this, and may include, for example, two or more offset spark plugs.
  • the spark ignition type two-valve engine is, for example, a four-stroke engine.
  • the spark ignition type two-valve engine is not limited to this, and may be, for example, a six-stroke engine or an eight-stroke engine.
  • the position where the catalyst unit at least partially overlaps the small-diameter long-stroke cylinder includes the position where the entire catalyst unit overlaps the small-diameter long-stroke cylinder.
  • the vehicle has, for example, wheels in addition to the engine.
  • the wheels include drive wheels that rotate by receiving power output from the engine.
  • the number of wheels is not particularly limited.
  • the vehicle is not particularly limited, and includes, for example, a four-wheeled vehicle and a saddle type vehicle.
  • a four-wheeled vehicle has, for example, a cabin.
  • a straddle-type vehicle is a vehicle in which a driver sits on a saddle. Examples of the straddle-type vehicle include a motorcycle, a motorcycle, and an ATV (All-Terrain @ Vehicle).
  • connection and “coupled” are not limited to physical or mechanical connections or couplings, but may include direct or indirect electrical connections or couplings.
  • all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed to have a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and this disclosure, and are explicitly defined herein. Unless otherwise stated, they should not be construed in an ideal or overly formal sense. In describing the present invention, it is understood that many techniques and processes are disclosed. Each of these has distinct benefits, and each can also be used with one or more, and possibly all, of the other disclosed techniques.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the schematic configuration of a spark ignition type two-valve engine according to a first embodiment of the present invention, as viewed in a reciprocating direction of a piston portion.
  • (B) is a side sectional view showing a schematic configuration of a spark ignition type two-valve engine.
  • FIG. 2 is a front sectional view of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a piston portion of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing a single center tumble port (SCTP) of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • SCTP single center tumble port
  • FIG. 2A is a plan view of an intake stroke illustrating a flow of a mixed gas in a combustion chamber of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1.
  • (B) is a perspective view of an intake stroke.
  • (C) is a plan view of the compression stroke.
  • (D) is a perspective view of a compression stroke. It is a figure explaining the calculation method of a tumble ratio. It is a top view explaining the inflow state of the mixed gas of the spark ignition type four valve engine as a comparative example.
  • 4 is a graph showing the relationship between the diameter of a combustion chamber and thermal efficiency of a spark ignition type two-valve engine.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the stroke volume and the thermal efficiency of a spark ignition type two-valve engine. 4 is a graph showing the relationship between the stroke capacity of a general engine and the indicated thermal efficiency.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a gas flow in the spark ignition type two-valve engine 1 shown in FIGS. 1 to 9.
  • A is a figure which shows the modification of the port in a spark ignition type 2 valve engine.
  • (B) is a diagram illustrating the flow of gas in a spark ignition type two-valve engine.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a gas flow in a comparative example.
  • 15 is a graph showing a tumble ratio in the configurations shown in FIGS. 12, 13, and 14, respectively.
  • FIG. 2 is a side view showing a saddle-ride type vehicle equipped with the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1.
  • FIG. 17 schematically shows an arrangement of engine units of the vehicle shown in FIG. 16.
  • FIG. 17 is a side view showing a different type of saddle-ride type vehicle from FIG. 16.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing an arrangement of engine units of the vehicle shown in FIG. 18.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing an arrangement of another engine unit different from that of FIG. 19.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a schematic configuration of a spark ignition type two-valve engine according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view of the inside of a piston portion viewed in a reciprocating direction, and FIG. Is a side sectional view.
  • FIG. 2 is a front sectional view of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 (hereinafter, also simply referred to as the engine 1) shown in FIGS. 1 and 2 is mounted on, for example, a straddle-type vehicle 100 shown in FIG.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is a single cylinder engine.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 includes a crankshaft 2, a crankcase part 21, a small-diameter long-stroke cylinder 4, a piston part 5, a fuel injection part 6, an offset ignition part 7a (offset ignition plug 7), an intake valve 81, and exhaust gas.
  • a valve 82 is provided.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is a single cylinder engine.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 has one small-diameter long-stroke cylinder 4.
  • the small-diameter long-stroke cylinder 4 includes a cylinder head 41 and a cylinder body 42.
  • the crankcase part 21, the cylinder body part 42, and the cylinder head part 41 are stacked in this order and fastened to each other.
  • a cylinder bore 42b is formed inside the cylinder body 42.
  • the cylinder bore 42b is a space in the cylinder body 42.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is a water-cooled engine.
  • the cylinder body portion 42 is provided with a coolant passage 42j.
  • the piston part 5 is housed in the cylinder bore 42b.
  • the piston part 5 is arranged so as to be able to reciprocate.
  • the direction in which the piston portion 5 reciprocates is referred to as a reciprocating direction Z.
  • the piston portion 5 reciprocates between a top dead center indicated by a solid line and a bottom dead center indicated by a broken line in FIG.
  • the piston part 5 defines a combustion chamber 4r. More specifically, the piston portion 5 and the small-diameter long-stroke cylinder 4 define a combustion chamber 4r. More specifically, the piston section 5, the small-diameter long-stroke cylinder 4, the intake valve 81, and the exhaust valve 82 define a combustion chamber 4r.
  • the small-diameter long-stroke cylinder 4 has a stroke volume of, for example, 0.1 L or more and less than 0.2 L.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is a naturally aspirated type engine.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 takes in air without a supercharger.
  • the combustion chamber 4r has a diameter B that is shorter than the reciprocating stroke St of the piston portion 5 when viewed in the reciprocating direction Z. That is, the stroke St of the reciprocating motion of the piston portion 5 is longer than the diameter B of the combustion chamber 4r.
  • the ratio of the stroke St to the diameter B is, for example, 1.2 or more.
  • the ratio of the stroke St to the diameter B may be, for example, 1.3 or more.
  • the thermal efficiency is higher.
  • the ratio of the stroke St to the diameter B is, for example, 1.5 or more. In the present embodiment, when the ratio of the stroke St to the diameter B is 1.5 or more, the thermal efficiency is higher.
  • the compression ratio of the spark ignition type two-valve engine 1 is set higher than that of the conventional engine.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 can have a higher compression ratio than a conventional engine while suppressing the occurrence of knocking. This also improves the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the maximum output rotational speed of the spark ignition type two-valve engine 1 is set to less than 6000 rpm.
  • the maximum output rotation speed is a rotation speed at which the maximum output is obtained.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 has a large stroke St, the maximum movement speed of the piston portion 5 is suppressed by suppressing the maximum output rotational speed to less than 6000 rpm.
  • the diameter B of the combustion chamber 4r in the spark ignition type two-valve engine 1 is set, for example, in a range from 40 mm to 60 mm.
  • the stroke St is set between 70 mm and 80 mm.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a piston portion of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • the piston portion 5 has a concave portion 5c that is recessed from the periphery on the top surface 5t of the piston portion 5.
  • the concave portion 5c is circular when viewed in the reciprocating direction Z.
  • the concave portion 5c has a circular shape centered on the center line Lc of the piston portion 5 when viewed in the reciprocating direction Z.
  • the center of the piston portion 5 and the center of the combustion chamber 4r overlap in the reciprocating direction Z.
  • the center of the piston portion 5 and the center of the combustion chamber 4r when viewed in the reciprocating direction Z overlap the center line Lc.
  • valve recesses 5a and 5b for avoiding interference with the intake valve 81 and the exhaust valve 82 are provided on the top surface 5t of the piston portion 5.
  • the valve recesses 5a and 5b are adjacent to the recess 5c.
  • Part of the intake valve 81 and a part of the exhaust valve 82 are received in the valve recesses 5a and 5b.
  • the concave portion 5c is a portion different from the valve recesses 5a and 5b, and does not receive the intake valve 81 and the exhaust valve 82.
  • crankshaft 2 shown in FIGS. 1 and 2 is supported by the crankcase 21 via a bearing 31 (see FIG. 2).
  • the crankshaft 2 is connected to the piston 5 so as to rotate in accordance with the reciprocation of the piston 5.
  • the crankshaft 2 is connected to the piston 5 via a connecting rod 32.
  • One end of the connecting rod 32 is rotatably supported by the crankshaft 2, and the other end of the connecting rod 32 is rotatably supported by the piston 5.
  • the direction in which the crankshaft 2 extends is referred to as a crankshaft direction X.
  • the figure also shows a direction Y that intersects both the crankshaft direction X and the reciprocating direction Z.
  • the spark-ignition two-valve engine 1 has only one single center tumble port (SCTP) 41a and only one exhaust port 41e.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a functions as an intake port.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a and the exhaust port 41e are formed in the small-diameter long-stroke cylinder 4.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a and the exhaust port 41e are formed in the cylinder head 41.
  • Each of the single center tumble port (SCTP) 41a and the exhaust port 41e continues to the combustion chamber 4r.
  • the cylinder head 41 has an intake port 41b and an exhaust port 41f.
  • the intake port 41b is an opening of the single center tumble port (SCTP) 41a in the combustion chamber 4r.
  • the exhaust port 41f is an opening of the exhaust port 41e in the combustion chamber 4r.
  • the gas passing through the single center tumble port (SCTP) 41a is supplied to the combustion chamber 4r through the intake port 41b.
  • the intake port 41b of the spark ignition type two-valve engine 1 is larger than the exhaust port 41f.
  • the intake port 41b is formed such that the center of the cylinder bore 42b (that is, the point where the center line Lc of the piston section 5 passes) is located inside the intake port 41b when viewed in the reciprocating direction Z of the piston section.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a communicates with the combustion chamber 4r via the intake port 41b.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a has a structure for generating a tumble flow in the gas taken into the combustion chamber 4r from the intake port 41b.
  • the tumble flow is a flow around an axis extending in a direction intersecting the reciprocating direction Z in the combustion chamber 4r. Details of the structure for generating the tumble flow will be described later.
  • the end (upstream end) of the single center tumble port (SCTP) 41a opposite to the intake port 41b is open to the outer surface of the cylinder head portion 41.
  • An intake passage 115 is connected to an end (upstream end) of the intake port 41b.
  • an intake pipe 114 forming an intake passage 115 is connected to an upstream end of the intake port 41b.
  • the exhaust port 41e communicates with the combustion chamber 4r via the exhaust port 41f.
  • the exhaust port 41e is formed so as to extend from the exhaust port 41f of the combustion chamber 4r to the downstream in the cylinder head portion 41 while bending.
  • the end (downstream end) of the exhaust port 41e opposite to the exhaust port 41f is open to the outer surface of the cylinder head 41.
  • An exhaust passage 117 (see FIG. 17) is connected to an end (downstream end) of the exhaust port 41f.
  • an extended region Ae is defined as a region having the width of the intake port 41b and extending from the intake port 41b in the intake direction Y1. Is done.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a and the intake port 41b are provided such that the extension area Ae overlaps the exhaust port 41f.
  • the intake direction Y1 is included in the direction Y.
  • the fuel injection unit 6 is mounted with the single center tumble port (SCTP) 41a facing.
  • the fuel injection unit 6 injects fuel into a single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the fuel injection unit 6 injects fuel at a position upstream of the intake port 41b.
  • the fuel injection unit 6 creates a mixed gas (hereinafter, also simply referred to as a gas) by injecting fuel into the air supplied into the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • Gas includes air and fuel. Gas is supplied to the combustion chamber 4r through the intake port 41b.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is burning at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometry).
  • the fuel injection unit 6 injects fuel so that the spark ignition type two-valve engine 1 burns at the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the fuel injection unit 6 injects fuel so that the air-fuel ratio is in a range from 14.2 to 14.8. This corresponds to a range of the excess air ratio from 0.98 to 1.02. More specifically, the spark-ignition two-valve engine 1 detects the oxygen content in the exhaust gas with an oxygen sensor (not shown), and adjusts the air-fuel ratio from 14.2 to 14.3 based on the detected oxygen content. Fuel is injected so as to be in the range up to 8.
  • the intake valve 81 opens and closes the intake port 41b.
  • the exhaust valve 82 opens and closes the exhaust port 41f.
  • a camshaft 41s is rotatably provided on the cylinder head 41.
  • a cam 41t is provided on the camshaft 41s. The camshaft 41 s and the cam 41 t rotate integrally with the rotation of the crankshaft 2. The operation of the cam 41t causes the intake valve 81 and the exhaust valve 82 to reciprocate linearly, thereby opening and closing the intake port 41b and the exhaust port 41f.
  • the offset spark plug 7 is provided in the cylinder head 41.
  • the offset ignition plug 7 has an offset ignition section 7a.
  • the offset ignition section 7a is exposed to the combustion chamber 4r.
  • the offset ignition unit 7a spark-ignites the gas in the combustion chamber 4r.
  • the combustion chamber 4r is divided into two regions, that is, a first region A1 and a second region A2 when viewed in the reciprocating direction Z.
  • the first area A1 and the second area A2 are separated by a center passing line S passing through the center f of the exhaust port 41f and the center b of the intake port 41b.
  • the offset ignition section 7a is arranged in the first area A1 so as not to overlap the center passing line S.
  • the intake port 41b is formed such that the interval between the intake port 41b and the exhaust port 41f on the center passage line S is shorter than the diameter of the offset ignition section 7a.
  • the offset ignition section 7a is arranged so as not to overlap with the center passage line S, and a large diameter of the intake port 41b can be secured.
  • the small-diameter long-stroke cylinder 4 draws air from the single center tumble port (SCTP) 41a when the piston portion 5 moves toward the bottom dead center for a stroke longer than the diameter B of the combustion chamber 4r when viewed in the reciprocating direction Z.
  • SCTP single center tumble port
  • the generated gas creates a tumble flow.
  • the small-diameter long-stroke cylinder 4 has a cylindrical cylinder bore 42b in which the piston portion 5 is accommodated.
  • a combustion chamber 4r is defined by the small-diameter long-stroke cylinder 4 and the piston portion 5. In the small-diameter long-stroke cylinder 4, the piston portion 5 moves by a stroke St longer than the diameter B of the combustion chamber 4r.
  • the gas sucked from the single center tumble port (SCTP) 41a flows mainly toward the exhaust valve 82, and is then guided to the wall surface of the cylindrical cylinder bore 42b. As a result, a tumble flow is generated. Further, the small-diameter long-stroke cylinder 4 is formed so that the gas pressed by the piston portion 5 is directed to the intake port 41b in which the intake valve 81 is arranged. The gas pushed by the piston portion 5 is guided by the wall surface of the cylindrical cylinder bore 42b and flows toward the intake port 41b in which the intake valve 81 is arranged. This also produces a tumble flow. Details of the tumble flow will be described later.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the division of the combustion chamber 4r from a different viewpoint from FIG. 1 (A). That is, as shown in FIG. 4, the intake of the combustion chamber 4r is defined by a straight line T orthogonal to the center passage line S and passing through the center line Lc of the cylinder bore 42b when viewed in the reciprocating direction Z of the piston portion 5 (see FIG. 1). It is divided into a region Ab including the port 41b and a region Af including the exhaust port 41f.
  • FIG. 4 shows a center passing line passing through the center line Lc of the cylinder bore when viewed in the reciprocating direction Z of the piston portion 5.
  • the intake port 41b provided in the single center tumble port (SCTP) 41a is widely secured with respect to the small-diameter cylinder bore 42b.
  • the intake port 41b is formed as follows. When viewed in the reciprocating direction Z, on the center passing line S in the region Ab including the intake port 41b, a portion where the center passing line S and the intake port 41b overlap is a portion where the center passing line S and the intake port 41b do not overlap. Longer than.
  • SCTP single center tumble port
  • the length of the portion where the center passage line S and the air inlet 41b do not overlap in the region Ab is substantially zero. That is, when viewed in the reciprocating direction Z, the intake port 41b is disposed so as to be inscribed in the combustion chamber 4r. When viewed in the reciprocating direction Z, the center line Lc of the cylinder bore 42b is included in the range of the intake port 41b.
  • the diameter of the combustion chamber 4r is larger than 40 mm and smaller than 60 mm.
  • the length of the center passage line S in the region Ab including the intake port 41b is larger than 20 mm and smaller than 30 mm.
  • the portion where the center passing line S and the intake port 41b overlap is larger than 20 mm and smaller than 30 mm.
  • the length of the portion where the center passing line S and the intake port 41b overlap is larger than 20 mm and smaller than 30 mm.
  • each of the diameter of the combustion chamber 4r, the length of the center passage line S in the region Ab including the intake port 41b, the length of the portion where the center passage line S overlaps the intake port 41b, and the length of the non-overlapping portion Is not limited to the range described above.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a single center tumble port (SCTP) of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1 and its peripheral portion.
  • FIG. 5A is a diagram showing the positions of the intake valve 81 and the fuel injection unit 6 in addition to the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing only the single center tumble port (SCTP) 41a for easy viewing.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is provided with only one single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a has an inner wall extending in a cylindrical shape.
  • the intake valve 81 has an umbrella portion 81a and a stem portion 81b.
  • the umbrella portion 81a has a disk shape.
  • the stem portion 81b has a columnar shape and continues to the umbrella portion 81a.
  • An umbrella portion 81a of the intake valve 81 opens and closes an intake port 41b of a single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a has a structure for generating a tumble flow in the gas taken into the combustion chamber 4r from the intake port 41b.
  • a peeling enhancement portion 41p is provided on the inner wall of the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the separation enhancer 41p has a structure in which the gas sent to the intake port 41b is separated from the wall surface following the intake port 41b so as to generate a tumble flow in the gas taken into the combustion chamber 4r from the intake port 41b. More specifically, the separation enhancing portion 41p separates gas from at least the portion 41g farthest from the exhaust port 41f (see FIG. 1) of the circumference defining the intake port 41b of the single center tumble port (SCTP) 41a. It has a structure to do.
  • the peeling-enhancing portion 41p is provided at least in an exhaust portion of an annular portion of the wall constituting the single center tumble port (SCTP) 41a adjacent to the intake port 41b. It has a folded shape provided at a portion 41g farthest from the mouth 41f.
  • the peeling enhancement portion 41p has a shape that is suddenly turned in a direction away from the center line 41c of the single center tumble port (SCTP) 41a. In other words, the peeling enhancement portion 41p has a shape that is suddenly turned in a direction away from the exhaust port 41f.
  • the separation enhancing portion 41p is a protrusion extending along the annular circumference of the inner wall upstream of the gas flow from the intake port 41b. That is, the separation enhancing portion 41p extends along the circumference of the intake port 41b. However, the peeling enhancement portion 41p does not go around the inner wall.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a has a peel-enhancing portion 41p in a portion farthest from the exhaust port 41f in an annular band portion following the intake port 41b.
  • the peeling enhancement part 41p has an edge. Therefore, the inner wall of the single center tumble port (SCTP) 41a shown in FIG.
  • the peeling enhancement portion 41p is discontinuous at the peeling enhancement portion 41p in the extending direction of the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the peeling enhancement part 41p forms a right angle or an acute angle in the cross section shown in FIG.
  • the peeling enhancement part 41p forms an acute angle in the cross section shown in FIG. 5, for example.
  • the peeling enhancement portion 41p has a folded shape, but may not necessarily have an edge as shown in FIG. 5 microscopically.
  • the gas flowing toward the intake port 41b while contacting the inside of the single center tumble port (SCTP) 41a with the wall surface is separated from the wall surface by the separation enhancing portion 41p. Gas cannot flow along the sharply folded shape. That is, the flow away from the exhaust port 41f decreases.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is an intake pipe injection type engine.
  • the fuel injection unit 6 is arranged so as to inject fuel toward the intake port 41b of the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the fuel injection unit 6 injects atomized fuel into a conical injection range 6a.
  • the density of the injected fuel increases as it approaches the center 6c of the injection range 6a.
  • the density of the fuel at the center 6c of the injection range 6a is the maximum.
  • the fuel injection unit 6 is disposed such that the center 6c of the fuel injection range 6a does not intersect with the separation enhancing portion 41p of the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the fuel injection section 6 is arranged such that the center 6c of the fuel injection range intersects with the stem section 81b of the intake valve 81.
  • the center 6c of the injection range 6a having the maximum fuel density does not intersect with the separation enhancing portion 41p. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of a situation in which the fuel adheres to the separation enhancing portion 41p and aggregates near the separation enhancing portion 41p. As a result, it is possible to suppress occurrence of a situation in which the coagulated combustion becomes a large lump (droplet) and intermittently enters the combustion chamber 4r. Accordingly, unintended intermittent fluctuations in fuel supply from the single center tumble port (SCTP) 41a can be suppressed. Therefore, thermal efficiency is improved.
  • SCTP single center tumble port
  • the fuel injection unit 6 is arranged so that the injection range 6a does not intersect with the separation enhancing portion 41p of the single center tumble port (SCTP) 41a. This further suppresses the occurrence of the situation where the fuel adheres to the separation enhancing portion 41p and aggregates in the vicinity of the separation enhancing portion 41p. Therefore, the thermal efficiency is further improved.
  • SCTP single center tumble port
  • FIG. 6 is a view for explaining the flow of the mixed gas in the combustion chamber of the spark ignition type two-valve engine shown in FIG.
  • A shows a plan view of the intake stroke
  • B shows a perspective view of the intake stroke
  • C shows a plan view of the compression stroke
  • D shows a perspective view of the compression stroke.
  • the piston portion 5 moves from the top dead center to the bottom dead center.
  • the intake valve 81 opens the intake port 41b.
  • the gas flows into the combustion chamber 4r through the single center tumble port (SCTP) 41a and the intake port 41b.
  • SCTP single center tumble port
  • the extension area Ae extending from the intake port 41b in the intake direction Y1 when viewed in the reciprocating direction Z overlaps with the exhaust port 41f. Therefore, as shown in FIG. 6A, most of the gas flowing through the single center tumble port (SCTP) 41a in the intake direction Y1 and entering the combustion chamber 4r from the intake port 41b has the structure of the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the air flows particularly in the direction in which the exhaust ports 41f are arranged, that is, in the intake direction Y1. More specifically, the gas flow flowing in the single center tumble port (SCTP) 41a is separated from the wall surface of the single center tumble port (SCTP) 41a by the separation enhancing portion 41p. For this reason, as shown in FIG. 6A, of the flow of the gas sucked into the combustion chamber 4r through the annular gap between the intake port 41b and the intake valve 81, the gas flows from the intake port 41b to the exhaust port 41f. The flow toward is more rapid than the flow in other directions. In FIGS. 6A to 6D, a fast flow is indicated by a thick arrow line.
  • the tumble flow is a vortex around the axis X1 extending in a direction intersecting the reciprocating direction Z.
  • the axis X1 is substantially parallel to the crankshaft direction X.
  • the flow in the combustion chamber 4r may include a swirl flow that is a vortex around the center line Lc in addition to the tumble flow.
  • the axis of the tumble flow component is not substantially parallel to the crankshaft direction X.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 has an intake port 41b of only one single center tumble port (SCTP) 41a and an exhaust port 41f of only one exhaust port 41e.
  • SCTP single center tumble port
  • one intake port 41b and one exhaust port 41f are arranged so as to overlap with a common diameter of the combustion chamber 4r when viewed in the reciprocating direction Z. ing. That is, one intake port 41b and one exhaust port 41f are arranged on a straight line that passes through the center line Lc of the combustion chamber 4r and is parallel to the intake direction Y1 when viewed in the reciprocating direction Z.
  • the spark-ignition two-valve engine 1 is provided with an intake port 41b which is larger than, for example, a case where a plurality of intake ports are provided. Therefore, when viewed in the reciprocating direction Z, a wide flow of gas is generated from the intake port 41b toward the exhaust port 41f. Then, the flow of the gas at the center portion passing near the center line Lc is the fastest.
  • the offset ignition portion 7a (see FIG. 1) of the spark ignition type two-valve engine 1 is located in the first region A1 of the combustion chamber so as not to overlap the center passage line S.
  • a larger intake port 41b is provided as compared with the case where the ignition section is arranged at the center of the combustion chamber 4r when viewed in the reciprocating direction Z. This also causes a wide flow of gas from the intake port 41b to the exhaust port 41f. In this way, a gas having entered the combustion chamber 4r from the intake port 41b forms a tumble flow having a wide width and a fast flow in the central portion in the width direction (the direction of the axis X1 in the present embodiment).
  • a larger intake port 41b is secured than one intake port in a configuration having a plurality of intake ports.
  • the size of the intake port 41b is smaller than the total area of the intake port when a plurality of intake ports are provided, for example. Since the smaller the opening, the faster the gas flows, the gas passing through the inlet 41b of the single center tumble port (SCTP) 41a generates a faster tumble flow as compared with a case having a plurality of inlets.
  • the stroke St (see FIG. 1) of the reciprocating motion of the piston portion 5 of the spark ignition type two-valve engine 1 is longer than the diameter B of the combustion chamber 4r. Therefore, the moving speed when the piston portion 5 moves toward the bottom dead center is high.
  • a fast tumble flow occurs.
  • a tumble flow having a wide width and having the fastest flow at the center in the width direction is formed in the combustion chamber 4r.
  • the tumble flow having the fastest flow at the center is formed by the movement of the piston portion 5 that moves by a stroke St longer than the diameter B of the combustion chamber 4r.
  • the tumble flow having the fastest flow at the central portion in the width direction suppresses the turbulence of the flow. The speed of such a tumble flow is likely to be maintained for a long period of time.
  • the single center tumble port (SCTP) 41a of the spark ignition type two-valve engine 1 forms a tumble flow having a tumble ratio of more than 0.3 in the small-diameter long-stroke cylinder 4.
  • the tumble ratio is an index indicating the strength of the tumble flow.
  • the tumble ratio is an index indicating the speed of the tumble flow.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method of calculating the tumble ratio.
  • FIG. 7 schematically shows the internal structure of the small-diameter long-stroke cylinder 4.
  • a space called a tumble sphere TS is defined in the small-diameter long-stroke cylinder 4.
  • the tumble ratio is calculated from the angular velocity of the gas in the sphere of the tumble sphere TS.
  • the piston portion 5 moves toward the top dead center.
  • the gas that has flowed out of the intake port 41b along the valve surface of the exhaust valve 82 and has flowed toward the piston portion 5 is shown in FIG. 6 (D) in the compression stroke. It is pushed by the piston part 5 as shown. The gas pushed by the piston part 5 flows toward the intake port 41b. This maintains a tumble flow.
  • the stroke St in which the piston portion 5 moves is longer than the diameter B of the combustion chamber 4r. Therefore, the moving speed of the piston portion 5 in the compression stroke is also high. Therefore, a fast tumble flow is easily maintained by the gas pressed by the piston portion 5.
  • the fast tumble flow in the combustion chamber 4r changes to a fast turbulent flow.
  • the flame propagates in a short period.
  • the combustion chamber 4r has a diameter B shorter than the reciprocating stroke St of the piston portion 5.
  • the short diameter B reduces the flatness of the combustion chamber 4r defined by the piston part 5 when the piston part 5 is at the top dead center. Therefore, when the flame propagates after the ignition by the offset ignition unit 7a, the maximum distance in which the flame propagates is reduced. This also reduces the burning time.
  • the offset ignition portion 7a of the spark ignition type two-valve engine 1 is arranged at a position offset from the center of the combustion chamber 4r when viewed in the reciprocating direction Z.
  • the influence on the combustion time caused by the offset arrangement position of the offset ignition part 7a is suppressed by the fast tumble flow and the decrease in the maximum distance of the flame propagation. .
  • a fast tumble flow is maintained in the combustion chamber, and the time required for burning the gas is reduced because the distance over which the flame propagates is reduced.
  • the formation of a tumble with a tumble ratio greater than 0.3 further reduces the time required to burn the gas. By reducing the time required for combustion, the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine 1 is improved.
  • spark ignition type two-valve engine 1 knocking is suppressed by reducing the time required for combustion. Further, since the spark ignition type two-valve engine 1 is a water-cooled engine, knocking is suppressed. Therefore, the compression ratio of the spark ignition type two-valve engine 1 can be set higher than that of the conventional engine while suppressing the occurrence of knocking. As a result, the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine 1 is further improved.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating the inflow state of the mixed gas of the spark ignition type four-valve engine as a comparative example.
  • the engine 9 of the comparative example shown in FIG. 8 has four valves. Two intake ports 941b are provided. Among the gas flows entering the combustion chamber 94r from each of the intake ports 941b, the flow that is oblique to the intake direction so as to move away from each other is the fastest. In the engine of the comparative example shown in FIG. 8, the gas intake ports 941b are dispersed into two, so that the flow of the gas from each of the intake ports 941b is the same as that of the engine having one intake port 41b (see FIG. 6). It is slower than the flow of the embodiment.
  • the flows entering the combustion chamber 94r from the respective intake ports 941b are disturbed by colliding with each other at the center. Therefore, the flow contributing to the tumble flow is hindered. Further, the gas flow that most contributes to the tumble flow is divided into two. As a result, even if the piston 95 moves by the same stroke as in the present embodiment, the speed of the tumble flow is low. Further, since the tumble flow is disturbed, when the piston moves toward the top dead center during the compression stroke, the flow of the airflow pushed by the piston is likely to be disturbed. Therefore, the tumble flow is easily attenuated.
  • the gas sucked into the combustion chamber 4r from only one single center tumble port (SCTP) 41a flows in the width direction of the flow.
  • a tumble flow is formed in which the flow at the central portion is faster.
  • the flow of gas sucked into the combustion chamber 4r from the intake port 41b having a smaller area as compared with the case where two intake ports 941b are provided moves at a high speed over a stroke longer than the diameter B of the combustion chamber 4r in the intake stroke.
  • the piston moves at high speed. Therefore, a fast tumble flow is formed.
  • the gas flow is pushed back toward the arrangement direction of the intake valve 81 by the piston which returns the gas flow at a high speed in the compression stroke. This creates a faster tumble flow.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the diameter of the combustion chamber and the thermal efficiency of a spark ignition type two-valve engine.
  • FIG. 9 shows the calculation of the thermal efficiency (illustrated thermal efficiency) when the diameter of the combustion chamber and the stroke of the piston portion are changed in a spark ignition type two-valve engine in which the stroke volume (displacement amount) is fixed to 0.15 L as an example. The results are shown.
  • the spark ignition type two-valve engine to be simulated has the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2 except for the diameter of the combustion chamber and the stroke of the piston. That is, the spark ignition type two-valve engine to be calculated includes the single center tumble port (SCTP) 41a.
  • SCTP single center tumble port
  • the stroke of the piston portion is longer than the diameter of the combustion chamber.
  • the stroke of the piston portion in the region where the diameter of the combustion chamber is smaller than R2, that is, in the region to the left of R2 in the figure, the stroke of the piston portion is longer than 1.2 times the diameter of the combustion chamber.
  • the stroke of the piston portion in the region where the diameter of the combustion chamber is smaller than R3, that is, in the region on the left side of R2 in the figure, the stroke of the piston portion is longer than 1.5 times the diameter of the combustion chamber.
  • the degree of increase in the indicated thermal efficiency is substantially saturated. That is, the illustrated thermal efficiency does not easily increase with an increase in the stroke. In the region where the stroke of the piston portion is longer than 1.2 times the diameter of the combustion chamber, the indicated thermal efficiency is higher.
  • the degree of increase in the indicated thermal efficiency is further saturated. That is, the illustrated thermal efficiency is less likely to increase with an increase in the stroke. In the region where the stroke of the piston portion is longer than 1.5 times the diameter of the combustion chamber, the increase in the indicated thermal efficiency due to the increase in the moving speed of the piston portion is more stable.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the stroke capacity of the engine and the thermal efficiency.
  • the graph of FIG. 10 shows the relationship between the stroke volume of the engine and the thermal efficiency under the condition that the compression ratio is constant.
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 10 is the stroke volume of the engine.
  • the stroke volume is the stroke volume (displacement amount) per cylinder.
  • the vertical axis indicates thermal efficiency (illustrated thermal efficiency).
  • a solid line ⁇ 1 of the graph indicates a calculation result of the thermal efficiency based on a model of the engine having the single center tumble port (SCTP) of the present embodiment.
  • a dashed line ⁇ 2 in the graph indicates a trial calculation result of the thermal efficiency based on a model of the engine without the single center tumble port (SCTP).
  • the thermal efficiency ( ⁇ 1) is higher than the thermal efficiency ( ⁇ 2) having no single center tumble port (SCTP) 41a and the stroke St of the piston portion. Is obtained.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the stroke volume of a general engine and the indicated thermal efficiency.
  • FIG. 11 shows the stroke volume and the indicated thermal efficiency in a general engine as a reference example.
  • the indicated thermal efficiency is a thermal efficiency that does not consider the mechanical loss.
  • the stroke of the piston portion in the reference example is equal to the diameter of the combustion chamber.
  • the indicated thermal efficiency of a general engine as represented by the reference example shown in FIG. 11 has a tendency to decrease as the size of the engine decreases, due to the relationship between volume and surface area. This is because the volume is closely related to the amount of generated heat, while the surface area is closely related to heat loss due to heat radiation. As shown in FIG.
  • the decrease in the indicated thermal efficiency is accelerated with the decrease in the stroke volume. That is, for example, a deviation from a straight line (dashed-dotted line) ⁇ ′ indicating a tendency in a large engine of 0.4 L or more increases.
  • the decrease in the indicated thermal efficiency becomes remarkable when the stroke volume is less than 0.15 L. That is, the deviation from the straight line (dashed-dotted line) ⁇ ′ becomes apparent when the stroke volume is less than 0.2 L, and becomes remarkable when the stroke volume is less than 0.18 L.
  • the spark-ignition type two-valve engine 1 shown in FIGS. 1 to 9 has a fast tumble flow due to gas sucked into the small-diameter long-stroke cylinder 4 from a single center tumble port (SCTP) 41a having a separation enhancing portion 41p (see FIG. 5). Is formed, the illustrated thermal efficiency increases. The increase in the indicated thermal efficiency can compensate for the decrease in the indicated thermal efficiency due to downsizing when the general engine is downsized to a stroke volume of 0.1 L. For this reason, according to the configuration shown in FIG. 1 to FIG.
  • a single center tumble port (SCTP) 41a having a peel-enhancing portion 41p and a small-diameter long-stroke cylinder 4 are provided, and the stroke volume is 0.1 L or more and less than 0.2 L.
  • the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine can be improved.
  • the spark ignition type two-valve engine has a stroke volume of 0.125 L or more, the increase in the indicated thermal efficiency due to the formation of the tumble flow has a sufficient margin for the decrease in the indicated thermal efficiency due to the downsizing.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the flow of gas in the spark ignition type two-valve engine 1 shown in FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 12 shows a simulation of a gas flow in the intake stroke of the spark ignition type two-valve engine 1 shown in FIGS.
  • the gas sucked into the small-diameter long-stroke cylinder 4 from the single center tumble port (SCTP) 41a is easily separated from the wall surface by the separation enhancing portion 41p.
  • the separated gas easily flows in a direction in which the single center tumble port (SCTP) 41a extends.
  • FIG. 13A is a view showing a modified example of a port in a spark ignition type two-valve engine.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating the flow of gas in the spark ignition type two-valve engine of FIG. 13A.
  • FIG. 13B shows a simulation result of the gas flow in the intake stroke.
  • a single center tumble port (SCTP) 241a shown in FIG. 13A has a peeling enhancement part 241p.
  • the separation enhancing portion 241p has a structure in which a gas sent to the intake port 241b is separated from a wall surface following the intake port 241b so as to generate a tumble flow in the gas taken into the combustion chamber 4r (see FIG. 5) from the intake port 241b.
  • the separation enhancing portion 241p separates gas from at least the portion of the circumference defining the intake port 241b of the single center tumble port (SCTP) 241a that is farthest from the exhaust port 41f (see FIG. 1). It has such a structure.
  • the separation enhancing portion 241p has a ring shape adjacent to the intake port 241b on the wall constituting the single center tumble port (SCTP) 241a. It has a folded shape provided at least at a portion of the band portion farthest from the exhaust port 41f.
  • the peeling enhancement part 41p has a shape that is suddenly turned in a direction away from the center line of the single center tumble port (SCTP) 241a. In other words, the peel-enhancing portion 241p has a shape that is suddenly turned in a direction away from the exhaust port 41f.
  • the peeling enhancement portion 241p has a shape that is folded so as to form a right angle or an acute angle in a cross section passing through the intake port 241b and the exhaust port 41f (see FIG. 1).
  • the peeling enhancement portion 241p has a shape that is folded so as to form a substantially right angle in the cross section shown in FIG.
  • the peeling enhancement part 241p does not have an edge microscopically, and has a shape folded back into a curved surface.
  • the peeling enhancement portion 241p is a projection projecting into the single center tumble port (SCTP) 241a.
  • the single center tumble port (SCTP) 241a shown in FIG. 13A has a concave portion 241v upstream of the separation enhancing portion 241p in the gas flow.
  • the concave portion 241v is adjacent to the peel-enhancing portion 241p, and has a curved surface in a cross section along the extending direction of the single center tumble port (SCTP) 241a. Since the concave portions 241v are adjacent to each other, the peeling-enhancing portion 241p has a shape that is suddenly turned in a direction away from the exhaust port 41f. Therefore, the inner wall of the single center tumble port (SCTP) 241a is substantially discontinuous at the peeling enhancement portion 241p in the extending direction of the single center tumble port (SCTP) 241a.
  • the gas is separated from the wall surface by the concave portion 241v and the separation enhancing portion 241p.
  • the gas sucked into the small-diameter long-stroke cylinder 4 from the single center tumble port (SCTP) 241a is easily separated from the wall surface by the separation enhancing portion 241p.
  • the separated gas easily flows in a direction in which the single center tumble port (SCTP) 241a extends. Accordingly, the flow rate and the speed of the gas flowing toward the valve surface of the exhaust valve 82 among the gas sucked into the combustion chamber 4r from the single center tumble port (SCTP) 241a increase.
  • the amount and flow rate of the gas sucked into the combustion chamber 4r from a position farther than the intake valve 81 are reduced. As a result, after flowing along the valve surface of the exhaust valve 82, a fast tumble flow that is directed toward the piston portion 5 (FIG. 1) is generated.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the flow of gas in the comparative example.
  • the peel-enhancing part 341p single center tumble port (SCTP) shown in FIG. 14 does not have the peel-enhancing part 241p.
  • Gas passing through the single center tumble port (SCTP) is difficult to peel off from the wall.
  • SCTP single center tumble port
  • the flow rate and the speed of the gas flowing toward the valve surface of the exhaust valve 82 are small.
  • the amount and flow rate of the gas sucked into the combustion chamber 4r from a position farther than the intake valve 81 are larger than, for example, the case shown in FIG.
  • the tumble flow in the direction toward the piston portion 5 (FIG. 1) is slow.
  • FIG. 15 is a graph showing the tumble ratio in the configurations shown in FIGS. 12, 13, and 14, respectively.
  • TR1 in the graph indicates the tumble ratio in the configuration shown in FIG.
  • TR2 indicates the tumble ratio in the configuration shown in FIG.
  • TRr indicates the tumble ratio in the configuration of the comparative example shown in FIG.
  • the tumble ratio is shown under the condition that the valve lift of the intake valve 81 is different. In the case of the configuration of the embodiment shown in FIGS. 12 and 13, a larger tumble ratio is obtained than in the case of the comparative example.
  • FIG. 16 is a side view showing a straddle-type vehicle on which the spark ignition type two-valve engine shown in FIG. 1 is mounted.
  • a straddle-type vehicle 100 shown in FIG. 16 includes a vehicle body 102 and wheels 103a and 103b. Specifically, the straddle-type vehicle 100 is a motorcycle. The straddle-type vehicle 100 is a scooter type vehicle. The rear wheel 103b is a driving wheel. The vehicle body 102 is provided with a frame 104. The frame 104 includes a down frame 104a.
  • the straddle-type vehicle 100 includes an acceleration instruction unit 108.
  • the acceleration instruction unit 108 is an operator for instructing the saddle-ride type vehicle 100 to accelerate according to an operation.
  • the acceleration instruction unit 108 is displaced according to the operation.
  • the acceleration instruction unit 108 is an accelerator grip.
  • the straddle-type vehicle 100 includes an engine unit EU1.
  • Engine unit EU1 includes an intake passage 115 and a throttle body 116.
  • FIG. 17 schematically shows an arrangement of the engine units of the vehicle shown in FIG.
  • the traveling direction of the saddle-ride type vehicle 100 on which the engine unit EU1 is mounted is defined as front Fr, and the reverse of the front Fr is defined as rear Bk.
  • the direction including the front Fr and the rear Bk is also referred to as the front-back direction FB.
  • the engine unit EU1 includes a spark-ignition two-valve engine 1, an intake passage 115, a throttle body 116, an exhaust passage 117, and a catalyst unit 119.
  • the intake passage 115 is connected to the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the throttle body 116 is provided in the middle of the intake passage 115.
  • the intake passage 115 in this specification includes a gas passage in the throttle body 116.
  • the throttle body 116 controls the flow rate of air supplied to the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the throttle body 116 controls the amount of air supplied to the spark ignition type two-valve engine 1 based on the operation amount of the acceleration instruction unit 108.
  • the exhaust passage 117 allows gas discharged from the spark ignition type two-valve engine 1 to pass therethrough.
  • the catalyst unit 119 is provided in the exhaust passage 117. The catalyst unit 119 purifies the gas passing through the exhaust passage 117.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is arranged in a saddle type vehicle 100 in a lateral direction. That is, the spark ignition type two-valve engine 1 is arranged so that the angle formed between the horizontal plane and the reciprocating direction Z is smaller than the angle formed between the vertical plane perpendicular to the front-rear direction FB and the reciprocating direction Z of the piston portion 5. ing.
  • the intake passage 115 connects an air filter (not shown) and the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the intake passage 115 communicates with a single center tumble port (SCTP) 41a of the spark ignition type two-valve engine 1. More specifically, an intake pipe 114 included in the intake passage 115 connects the single center tumble port (SCTP) 41a and the throttle body 116.
  • SCTP single center tumble port
  • the intake passage 115 supplies gas to a single center tumble port (SCTP) 41a. More specifically, the intake passage 115 supplies air taken in from an air filter (not shown) to a single center tumble port (SCTP) 41a.
  • the throttle body 116 has a throttle valve 116a. The throttle valve 116a adjusts the flow rate of gas flowing through the intake passage 115. More specifically, the throttle valve 116a controls the amount of air flowing through the intake passage 115 based on the operation amount of the acceleration instruction unit 108.
  • the angle ⁇ 1 formed between the reciprocating direction Z of the piston part 5 and the center line 115a of the intake passage 115 in the throttle body 116 is perpendicular to the plane V perpendicular to the reciprocating direction Z.
  • 115a is smaller than the angle ⁇ 2.
  • the throttle body 116 is disposed at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder 4 in a direction Y perpendicular to the reciprocating direction Z.
  • the catalyst unit 119 is arranged at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder 4 in a direction Y perpendicular to the reciprocating direction Z. That is, the catalyst unit 119 is arranged along the small-diameter long-stroke cylinder 4. The catalyst unit 119 is disposed below the small-diameter long-stroke cylinder 4 in the vertical direction of the saddle-ride type vehicle 100 in the upright state.
  • the engine unit EU1 Since the engine unit EU1 is mounted on the straddle-type vehicle 100, the engine unit EU1 is required to be small.
  • the small-diameter long-stroke cylinder 4 of the spark ignition type two-valve engine 1 provided in the engine unit EU1 is disposed above the down frame 104a in the vertical direction.
  • the intake passage 115 and the throttle body 116 provided in the engine unit EU1 are also arranged above the down frame 104a.
  • a battery or a housing (not shown) is arranged above the engine unit EU1.
  • the engine unit EU1 is arranged in a limited space between the down frame 104a and the battery or the storage unit.
  • the angle ⁇ 1 formed by the reciprocating direction Z and the center line 115a of the intake passage is larger than the angle ⁇ 2 formed by the plane V of the piston portion 5 perpendicular to the reciprocating direction Z and the center line.
  • the throttle body 116 is arranged so as to be smaller, the intake passage 115 and the single center tumble port (SCTP) 41a can be arranged along a curve with a low curvature. Therefore, generation of a fast tumble flow in the combustion chamber 4r is not easily hindered. Fast tumble flow increases thermal efficiency.
  • the catalyst unit 119 is arranged at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder 4 in a direction Y perpendicular to the reciprocating direction Z. Thereby, the catalyst unit 119 can be arranged near the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the catalyst unit 119 is disposed near the spark ignition type two-valve engine 1
  • higher temperature exhaust gas is supplied to the catalyst of the catalyst unit 119, so that, for example, after the engine is started, the purification performance of the catalyst is more effectively exhibited. be able to.
  • the catalyst unit 119 is disposed near the spark ignition type two-valve engine 1, the effect of the resistance of the catalyst unit 119 on the flow of exhaust gas exhausted from the spark ignition type two valve engine 1 is large.
  • the catalyst unit 119 shown in FIGS. 16 and 17 is arranged at a position that maintains the minimum ground clearance of the engine unit EU1 in the straddle-type vehicle 100. Therefore, there is a limit to the height at which the catalyst unit 119 is arranged.
  • the size of the small-diameter long-stroke cylinder 4 in the radial direction is smaller than, for example, a case where the small-diameter long-stroke cylinder 4 has a diameter longer than the stroke. Therefore, the degree of freedom in the shape design of the catalyst unit 119 is high. For this reason, for example, by making the catalyst unit 119 large, the resistance of the catalyst unit 119 to the flow of the exhaust gas can be suppressed. In this case, since the resistance to the flow of the exhaust gas is suppressed, the thermal efficiency of the spark ignition type two-valve engine 1 is improved.
  • the degree of freedom in the arrangement of the spark ignition type two-valve engine 1 itself is increased.
  • the intake passage 115 and the single center tumble port (SCTP) 41a can be arranged along a curve with a low curvature. Therefore, generation of a fast tumble flow in the combustion chamber 4r is not easily hindered. Fast tumble flow increases thermal efficiency.
  • the thermal efficiency can be improved while being mountable on a vehicle.
  • FIG. 18 is a side view showing another type of saddle-ride type vehicle different from FIG.
  • a straddle-type vehicle 200 shown in FIG. 18 is a so-called street type motorcycle.
  • the straddle-type vehicle 200 includes a vehicle body 202 and wheels 203a and 203b.
  • the body 204 is provided with a frame 204.
  • the frame 204 has a front frame 204f.
  • the straddle-type vehicle 200 includes an engine unit EU2.
  • the engine unit EU2 includes a spark ignition type two-valve engine 1, an intake passage 215, a throttle body 216, an exhaust passage 217, and a catalyst unit 219.
  • the wheel 203b receives the rotational force output from the spark ignition type two-valve engine 1 and drives the straddle-type vehicle 200.
  • the throttle body 216 controls the flow rate of air supplied to the spark ignition type two-valve engine 1.
  • the exhaust passage 217 allows gas discharged from the spark ignition type two-valve engine 1 to pass therethrough.
  • the catalyst unit 219 is provided in the exhaust passage 217.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing an arrangement of engine units of the vehicle shown in FIG.
  • the spark ignition type two-valve engine 1 is arranged vertically in a saddle type vehicle. That is, the spark ignition type two-valve engine 1 is configured such that the angle formed between the horizontal plane and the reciprocating direction Z is larger than the angle formed between the vertical plane and the reciprocating direction Z of the piston portion 5 in the saddle type vehicle 200. Are located.
  • a front frame 204f is disposed in front of the spark ignition type two-valve engine 1 in the front-back direction FB of the straddle-type vehicle 200 in the front-back direction FB.
  • the throttle body 216 of the engine unit EU2 shown in FIG. 19 is arranged such that the center line Lc of the piston portion extending in the reciprocating direction Z of the piston portion 5 intersects with the center line 215a of the intake passage 215 in the throttle body 216.
  • the engine unit EU2 shown in FIG. 19 is disposed at a position Bk behind the front frame 204f in the front-back direction FB.
  • the combustion chamber 4r of the spark ignition type two-valve engine has a diameter B shorter than the reciprocating stroke St (see FIG. 1) of the piston portion 5 when viewed in the reciprocating direction Z. Accordingly, the size of the small-diameter long-stroke cylinder 4 defining the combustion chamber 4r in the radial direction is smaller than, for example, a configuration having a diameter longer than the stroke. For this reason, the degree of freedom in the arrangement of the throttle body 216, which is arranged so that the center line of the piston portion 5 and the center line 215a of the intake passage 215 intersect, is high. Since the throttle body 216 can be arranged so that the generation of the fast tumble flow in the combustion chamber 4r is not hindered, the thermal efficiency can be further increased by the fast tumble flow.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing an arrangement of another engine unit different from that of FIG.
  • the catalyst unit 319 of the engine unit EU3 shown in FIG. 20 is arranged at a different position from the catalyst unit 219 shown in FIG.
  • illustration of the front frame 204f is omitted.
  • Other points are the same as those in FIG.
  • the catalyst unit 319 shown in FIG. 20 is disposed at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder 4 in a direction Y perpendicular to the reciprocating direction Z. That is, the catalyst unit 319 is arranged along the small-diameter long-stroke cylinder 4. The catalyst unit 319 is disposed forward of the small-diameter long-stroke cylinder 4 in the longitudinal direction FB of the saddle-ride type vehicle on which the engine unit EU3 is mounted.
  • the engine unit EU3 shown in FIG. 20 is also required to be small in size, like the engine unit EU2 shown in FIG. 19, because it is mounted on the straddle-type vehicle 200 (see FIG. 18).
  • the engine unit EU3 is arranged at an interval from the front wheel 203a (see FIG. 18).
  • the combustion chamber 4r of the spark ignition type two-valve engine 1 included in the engine unit EU3 has a diameter B shorter than the reciprocating stroke St of the piston portion 5 (see FIG. 1) when viewed in the reciprocating direction Z. For this reason, the size in the radial direction of the small-diameter long-stroke cylinder 4 defining the combustion chamber 4r is smaller than, for example, a configuration having a diameter longer than the stroke. For this reason, the degree of freedom of arrangement of the catalyst unit 319 arranged at a position overlapping the small-diameter long-stroke cylinder 4 is high. In the engine unit EU3 shown in FIG.
  • the catalyst unit 319 by disposing the catalyst unit 319 near the spark ignition type two-valve engine 1, for example, the catalyst purification performance can be more effectively exhibited after the engine is started. Further, the catalyst unit 319 is arranged along the small-diameter long-stroke cylinder 4 of the spark ignition type two-valve engine 1 having the combustion chamber 4r having a diameter B shorter than the reciprocating stroke St of the piston portion 5 (see FIG. 1). Therefore, a large diameter can be adopted for the catalyst unit 319, so that resistance when exhaust gas discharged from the spark ignition type two-valve engine 1 passes through the catalyst unit 319 can be reduced. Therefore, since the resistance of the exhaust gas flow in the exhaust stroke is reduced, the thermal efficiency can be improved.

Landscapes

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Abstract

本発明は、熱効率を向上できる火花点火式2バルブエンジンを提供する。火花点火式2バルブエンジンは、ピストン部と、クランクシャフトと、ただ1つの排気ポートと、ただ1つのシングルセンタータンブルポートと、オフセット点火プラグと、前記ピストン部とともに燃焼室を画定する小径ロングストロークシリンダを備えており、前記燃焼室は、往復方向に見たときに、前記ピストン部の往復動のストロークより短い径を有し、前記往復方向に見たときの前記燃焼室の径より長いストローク分前記ピストン部が下死点へ向けて移動する時に前記シングルセンタータンブルポートから吸気されたガスにタンブル流を生成させるとともに、前記ピストン部が上死点に向かって前記径より長いストローク分移動する時に前記ピストン部に押された前記ガスを吸気口に向かわせるように形成されている。

Description

火花点火式2バルブエンジン、エンジンユニット、及び車両
 本発明は、火花点火式2バルブエンジン、エンジンユニット及び車両に関する。
 1つの吸気バルブと1つの排気バルブを備え、点火プラグの火花点火により燃焼する火花点火式2バルブエンジンが知られている。
 例えば、特許文献1には、4ストローク2バルブ方式の火花点火式内燃機関が示されている。特許文献1の火花点火式内燃機関は、シリンダと、シリンダヘッドと、一組の吸気弁及び排気弁と、点火プラグとを備えている。この火花点火式内燃機関のシリンダヘッドは、ピストン冠面の周縁部分と対向するスキッシュ面を備えている。スキッシュ面でスキッシュ流が生成される。特許文献1の火花点火式内燃機関では、スキッシュ流によって燃焼室内での火炎伝播速度の増加が図られている。
 また例えば、特許文献2には、1つの吸気バルブと1つの排気バルブと点火プラグとを備えた内燃機関が示されている。特許文献2の内燃機関では、バルブ及び吸気ポートの形状によって、燃焼室内にタンブル流を発生させる。これにより、熱効率の向上が図られている。
 また例えば、特許文献3には、点火プラグを有する2バルブ内燃機関が示されている。特許文献3の2バルブ内燃機関のピストンの頂面には、外周縁に沿って形成されたスキッシュ面が設けられている。スキッシュ面とシリンダヘッドとの間に位置するスキッシュエリアによってスキッシュ流が生じる。また、スキッシュ面より中心に近い部分には、タンブル流を保持するための凹部が設けられている。特許文献3の2バルブ内燃機関では、タンブル流とスキッシュ流によって熱効率の向上が図られている。
特開2003-301722号公報 特開2012-241531号公報 特開2015-63926号公報
 上述したように火花点火式2バルブエンジンでは、熱効率を向上させるためスキッシュ流を用いたり、タンブル流を用いたりすることによって燃焼速度を増大する試みがなされてきている。またその後、例えば特許文献3に提案されているようにタンブル流にスキッシュ流を加えることによって燃焼速度を増大する試みがなされてきている。
 火花点火式2バルブエンジンでは、さらなる熱効率の向上が望まれている。
 本発明は、熱効率を向上することができる火花点火式2バルブエンジンを提供することを目的とする。
 従来、火花点火式2バルブエンジンの研究・開発は、熱効率の向上を図るために燃焼速度に着目し、例えばスキッシュ流を利用して燃焼速度を高速にするという技術思想に基づいて行われてきた。
 しかしながら、本発明者らは、研究・開発を行う中で、燃焼速度のみの視点で火花点火式2バルブエンジンの熱効率をさらに向上することが困難であると認識するに至った。燃焼速度の視点で熱効率を向上することが困難である要因として、火花点火式2バルブエンジンにおける熱損失が考えられる。例えば、特許文献1~3に示されたようなエンジンの燃焼速度をさらに増大しようとした場合、燃焼により一部の温度が急速に増大する。この場合、燃焼で生じたエネルギーのうち、ピストンの押下げのために変換されるエネルギーが減少しやすくなる一方、シリンダ等を伝わって逃げる熱エネルギーが増大しやすくなる。
 本発明者らは、火花点火式2バルブエンジンの燃焼において火炎が伝播する距離に着目した。本発明者らは、燃焼の火炎が伝播する距離の観点で、火花点火式2バルブエンジンの大きさ及び形状について検討した。燃焼の火炎が伝播する距離について検討する中で、本発明者らは、ピストンのストロークを長く設定することを検討した。
 従来、通常のエンジンの設計においてピストンのストロークを長く設定すると、ピストンの移動に伴う機械損失の増大によって熱効率が低下すると考えられていた。また、ピストンのストロークを長く設定することに伴いシリンダボアの径が小さくなると、スキッシュ領域を設置可能な領域が減少する場合がある。このため燃焼速度が減少し、熱効率が低下すると考えられていた。
 本発明者らは、火花点火式2バルブエンジンのピストンのストロークについて検討した結果、次のことを見出した。
 本発明者らは、火花点火式2バルブエンジンのピストンのストロークについて更に検討した結果、次のことに気づいた。
 燃焼室にガスを送るシングルセンタータンブルポート(SCTP)に、ガスを壁面から剥離するための剥離強化部を設けることによって、燃焼室に送られるガスによる速いタンブル流を生成することができる。ピストンのストロークが長く設定されると、ピストンの移動速度が増大する。ガスを吸気する際のピストンの移動速度が増大することによって、吸気されたガスにより形成されるタンブル流の速度が増大する。
 火花点火式2バルブエンジンには、1つの吸気バルブ及び1つの吸気口が設けられる。このため、1つの吸気バルブ及び1つの吸気口は、吸気口の幅を有し且つ吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される延長領域が排気口と重なるように設けることができる。この場合、吸気口から燃焼室内に吸気されたガスが形成する流れは、ピストンの往復方向に見たときに、1つの吸気口の中心から1つの排気口の中心に延びる直線付近で最も速い。つまり、例えば2つの吸気口が並んだ構成と比べて、流れの中央部分で流れの速いタンブル流が生成される。流れの中央部分は、タンブル流の主要部を構成しており、燃焼室内で最も長い距離を移動する。タンブル流は、流れの中央部分で速い速度分布を有するので、流れの全体の速度が増大してもタンブル流の乱れが抑えられる。
 このように、1つの吸気バルブが設けられた火花点火式2バルブエンジンでは、吸気行程におけるピストンの速い移動によって、流れの乱れが抑えられた速いタンブル流が生成される。
 さらに、火花点火式2バルブエンジンでピストンのストロークが長く設定されることによって、吸気されたガスをピストンが圧縮行程で押し戻す時のピストンの移動速度も増大する。これによって、速いタンブル流が得られる。
 従って、火花点火式2バルブエンジンにおいて、ピストンのストロークが長く設定された場合、速いタンブル流が得られることによってガスの燃焼に要する時間が減少する。火花点火式2バルブエンジンでは、例えばシリンダボアの径の減少に伴いスキッシュ領域を設置可能な領域が減少したとしても、上述した速いタンブル流によってスキッシュ領域の減少による影響が低減される。
 火花点火式2バルブエンジンにおいて、ピストンのストロークが長く設定されることに伴って、シリンダボアの径が減少する。つまり、ピストンによって画定される燃焼室の形状の扁平度が低下する。このため、燃焼室においてシリンダボアの径方向での距離である、火炎が伝播する最大の距離が小さくなる。このため、燃焼の完了までにシリンダ等を伝わって逃げる熱エネルギーの増大を抑えることができる。従って、火花点火式2バルブエンジンの熱効率が増大する。
 上述した検討に基づき、本発明者らは、火花点火式2バルブエンジンのピストンのストロークを長く設定することによる熱効率の増大が、機械損失の増大量より大きくなる可能性があると考えた。
 そこで、本発明者らは、火花点火式2バルブエンジンで、ピストンのストロークを増大するとともにシリンダボア径を減少した。この結果、熱効率を向上できることを見出した。
 以上の知見に基づいて完成した本発明の火花点火式2バルブエンジンは、次の構成を備える。
 (1) 火花点火式2バルブエンジンであって、
 前記火花点火式2バルブエンジンは、
 燃焼室を画定するとともに往復動するピストン部と、
 前記ピストン部の往復動に応じて回転するよう前記ピストン部と連結されたクランクシャフトと、
 前記燃焼室に排気口を介して連通する1つの排気ポートと、
 前記燃焼室に吸気口を介して連通し、前記吸気口から前記燃焼室へ吸気されたガスに前記往復方向と交わる方向に延びた軸線周りのタンブル流を生成させるように前記吸気口に送るガスを前記吸気口に続く壁面から剥離する剥離強化部を有し、前記吸気口は、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記吸気口の幅を有し且つ前記吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される延長領域が前記排気口と重なるように設けられた、1つのシングルセンタータンブルポートと、
 前記排気口を開放及び閉鎖する1つの排気バルブと、
 前記吸気口を開放及び閉鎖する1つの吸気バルブと、
 前記往復方向に見たときに前記排気口の中心及び前記吸気口の中心を通る中心通過線により前記燃焼室が区分されることにより定義される2つの領域のうち第1の領域に、前記中心通過線と重ならないように配置されるオフセット点火部により、前記燃焼室のガスに火花点火するように構成されたオフセット点火プラグと、
 前記1つの排気ポート及び前記シングルセンタータンブルポートが形成され、0.1L以上0.2L未満の行程容積を有し、前記ピストン部とともに前記燃焼室を画定する小径ロングストロークシリンダであって、前記燃焼室は、前記往復方向に見たときに、前記ピストン部の往復動のストロークより短い径を有し、前記往復方向に見たときの前記燃焼室の径より長いストローク分前記ピストン部が下死点へ向けて移動する時に前記剥離強化部を経て前記シングルセンタータンブルポートから吸気されたガスに前記タンブル流を生成させるとともに、前記ピストン部が上死点に向かって前記径より長いストローク分移動する時に前記ピストン部に押された前記ガスを前記吸気口に向かわせるように形成されている小径ロングストロークシリンダと、
を備える。
 (1)の火花点火式2バルブエンジンは、ピストン部と、クランクシャフトと、オフセット点火プラグと、小径ロングストロークシリンダとを備える。
 ピストン部は、往復動する。クランクシャフトは、ピストン部の往復動に応じて回転するようピストン部と連結されている。小径ロングストロークシリンダは、ピストン部とともに燃焼室を画定する。小径ロングストロークシリンダは、0.1L以上0.2L未満の行程容積を有する。小径ロングストロークシリンダは、1つの排気ポートと、1つのシングルセンタータンブルポート(SCTP)とを有する。排気ポートは、燃焼室に排気口を介して連通する。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、吸気口を介して燃焼室に連通する。シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、剥離強化部を有している。剥離強化部は、吸気口に続く壁面からのガスの剥離を強化するように構成される。剥離強化部は、燃焼室へ吸気されたガスにタンブル流を生成させるように、壁面からのガスの剥離を強化する。吸気口は、吸気口の延長領域が排気口と重なるように配置されている。延長領域は、ピストン部の往復方向に見たときに吸気口の幅を有し且つ吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される。オフセット点火部は、中心通過線により燃焼室が区分されることにより定義される2つの領域のうち第1の領域に、中心通過線と重ならないように位置している。
 燃焼室は、往復方向に見たときに、ピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。ピストン部が下死点へ移動する時に、燃焼室では、シングルセンタータンブルポート(SCTP)から吸気されたガスによってタンブル流が生成される。ピストン部は、燃焼室の径より長いストローク分移動する。また、燃焼室では、ピストン部が上死点へ移動する時にピストンに押されたガスを吸気口に向かわせる。この時も、ピストン部は、燃焼室の径より長いストローク分移動する。オフセット点火部は、燃焼室のガスに火花点火する。
 (1)の構成によれば、燃焼室では、ピストン部が下死点へ向かって移動する時、ガスがシングルセンタータンブルポート(SCTP)を通る。ガスは、剥離強化部によって、吸気口に続く壁面から剥離する。剥離強化部は、小径ロングストロークシリンダでタンブル流を形成するように、壁面からガスを剥離する。このため、小径ロングストロークシリンダでは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)から吸気されたガスによる速いタンブル流が形成される。ピストン部が移動するストロークが燃焼室の径より長いため、ピストン部の移動速度が大きい。従って、燃焼室で、速いタンブル流が生じる。
 オフセット点火部は、燃焼室の第1の領域に中心通過線と重ならないように位置しているため、オフセット点火部による配置空間の影響を抑えて、シングルセンタータンブルポート(SCTP)の大きな吸気口を確保することができる。ただし、シングルセンタータンブルポート(SCTP)における吸気口の面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンの吸気口の総計の面積と比べて小さい。ガスは、小さい開口ほど速い流速で通過するので、シングルセンタータンブルポート(SCTP)の吸気口を通過するガスは、燃焼室で速いタンブル流を生じさせる。
 またさらに、シングルセンタータンブルポート(SCTP)の吸気口は、ピストン部の往復方向に見た場合に吸気口の延長領域と排気口とが重なるように配置されている。このため、シングルセンタータンブルポート(SCTP)から燃焼室に吸気されたガスの流れは、往復方向に見て、燃焼室の中心線付近で速い流速の成分を有する。このため、燃焼室内で形成されるタンブル流は、流れの中央部分で速い分布を有するので、流れの全体の速度が増大しても乱れが抑えられる。従って、燃焼室の全体に亘って速いタンブル流が維持されやすい。吸気口から小径ロングストロークシリンダ内に吸気されたガスは、まずピストンに向かって流れる。ガスの流れが速いため、燃焼室に吸気されたガスは、ピストン部が下死点で移動の向きを変える前にピストン付近まで到達する。このため、ピストン部が移動の向きを変え上死点に向かって移動する時、ピストン付近まで到達したガスがピストン部に押し戻され反転する。燃焼室では、ピストン部に押されたガスが吸気口に向かうことによって、タンブル流が増強ないし維持される。ピストン部が移動するストロークは燃焼室の径より長いため、ピストン部の移動速度は大きい。移動速度が大きいピストン部にガスが押し戻されることによって、速いタンブル流が維持されやすい。
 また、燃焼室が、往復方向に見たときに、ピストン部の往復動のストロークより短い径を有していることにより、ピストン部によって画定される燃焼室の形状の扁平度が低下する。従って、タンブル流が維持されやすくなるとともに、点火後火炎が伝播する時に、火炎がピストン部の頂面が広がる方向に沿って伝播する距離が減少する。このため、燃焼時間が減少する。従って、燃焼の完了までにシリンダ等を伝わって逃げる熱エネルギーを抑えることができる。
 オフセット点火部は、往復方向に見て燃焼室の中心からオフセットした位置に配置されている。しかし、速いタンブル流と火炎伝播の最大距離の減少とによって、オフセット点火部のオフセットに起因する燃焼時間への影響が抑えられる。従って、火花点火式2バルブエンジンの熱効率が増大する。
 このように、燃焼室内で速いタンブル流が維持されるとともに、火炎が伝播する距離が減少するため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。燃焼に要する時間が減少することによって、火花点火式2バルブエンジンの熱効率を向上することができる。
 一般的なエンジンの図示熱効率は、体積と表面積の関係に起因して、エンジンの大きさが小さくなるほど減少する傾向を有する。0.2L未満の行程容積では、行程容積の減少に伴う図示熱効率の低下が加速する。(1)の構成によれば、剥離強化部を有するシングルセンタータンブルポート(SCTP)から小径ロングストロークシリンダに吸気されたガスによる速いタンブル流が形成されるため、火花点火式2バルブエンジンの熱効率が増大する。この熱効率の増大は、一般的なエンジンが0.1Lの行程容積まで小型化した場合の、小型化による図示熱効率の低下を補うことができる。このため、(1)の構成によれば、剥離強化部を有するシングルセンタータンブルポート(SCTP)と小径ロングストロークシリンダを備え、行程容積が0.1L以上0.2L未満の火花点火式2バルブエンジンの熱効率を向上することができる。
 本発明の一つの観点によれば、火花点火式2バルブエンジンは、以下の構成を採用できる。
 (2) (1)の火花点火式2バルブエンジンであって、
 前記小径ロングストロークシリンダは、0.1L以上0.18L未満の行程容積を有する。
 (2)の火花点火式2バルブエンジンは、1つの吸気バルブとして機能するシングルセンタータンブルポートと1つの排気バルブを備えた簡潔な構造を有しているため、0.18L未満の行程容積を有する小型エンジンの大型化を抑えつつ、熱効率を向上することができる。
 本発明の一つの観点によれば、火花点火式2バルブエンジンは、以下の構成を採用できる。
 (3) (1)又は(2)の火花点火式2バルブエンジンであって、
 前記ピストン部は、前記燃焼室の径の1.2倍よりも大きい往復動のストロークを有する。
 (3)の火花点火式2バルブエンジンのピストン部の往復動のストロークが燃焼室の径の1.2倍よりも大きいため、ピストン部の移動速度が大きい。従って、燃焼室で、速いタンブル流が生じる。また、ピストン部が上死点にある場合の燃焼室の形状の扁平度が低下する。従って、タンブル流が維持されやすくなるとともに、点火後火炎が伝播する時に、火炎がピストン部の頂面が広がる方向に沿って伝播する距離が減少する。このため、燃焼時間が減少する。ピストン部の往復動のストロークが燃焼室の径の1.2倍よりも大きい領域では、ピストン部の移動速度の増大による図示熱効率の増大の効果が安定的に得られる。燃焼室の径に対するピストン部の往復動のストロークを1.2倍より大きくすると、ストロークの増大に対する図示熱効率の増大の度合いが飽和する。即ち、ストロークの増大に対し、図示熱効率の増大が安定する。
 本発明の一つの観点によれば、エンジンユニットは、以下の構成を採用できる。
 (4) エンジンユニットであって、
 前記エンジンユニットは、
 (1)から(3)いずれか1の火花点火式2バルブエンジンと、
 前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
 前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディとを備え、
 前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とで成す角が、前記ピストン部の往復方向に垂直な面と前記中心線とで成す角よりも小さくなるように、前記ピストン部の往復方向と垂直な方向で前記小径ロングストロークシリンダと重なる位置に配置されている。
 (4)のエンジンユニットが備える火花点火式2バルブエンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。このため、燃焼室を画定する小径ロングストロークシリンダの径方向へのサイズの増大が抑えられる。このため、小径ロングストロークシリンダと重なる位置に配置されているスロットルボディの配置の自由度が高い。従って、ピストン部の往復方向と吸気通路の中心線とで成す角が、ピストン部の往復方向に垂直な面と中心線とで成す角よりも小さくなるようにスロットルボディが配置される場合に、速いタンブル流の生成を妨げるような吸気通路の配置を避けることができる。この結果、熱効率をより向上することができる。
 本発明の一つの観点によれば、エンジンユニットは、以下の構成を採用できる。
 (5) エンジンユニットであって、
 前記エンジンユニットは、
 (1)から(3)いずれか1の火花点火式2バルブエンジンと、
 前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
 前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディと
を備え、
 前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向に延びる前記ピストン部の中心線と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とが交わるように配置されている。
 (5)のエンジンユニットが備える火花点火式2バルブエンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。このため、燃焼室を画定する小径ロングストロークシリンダの径方向へのサイズの増大が抑えられる。このため、スロットルボディの配置の自由度が高い。従って、ピストン部の中心線と吸気通路の中心線とが交わるようスロットルボディが配置される場合に、速いタンブル流の生成を妨げるような吸気通路の配置を避けることができる。この結果、熱効率をより向上することができる。
 本発明の一つの観点によれば、エンジンユニットは、以下の構成を採用できる。
 (6) エンジンユニットであって、
 前記エンジンユニットは、
 (1)から(3)いずれか1の火花点火式2バルブエンジンと、
 前記小径ロングストロークシリンダの径方向に見たときに前記小径ロングストロークシリンダと少なくとも部分的に重なり合うように配置され、前記火花点火式2バルブエンジンの前記燃焼室から排出された排ガスを浄化する触媒を収容する触媒ユニットと
を備える。
 (6)のエンジンユニットが備える火花点火式2バルブエンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。そのため、小径ロングストロークシリンダの径方向へのサイズの増大を抑制しつつ、触媒ユニットが小径ロングストロークシリンダの径方向において小径ロングストロークシリンダと重なり合うように配置できる。このような配置により、触媒の浄化性能をより効果的に発揮するために、より高温の排ガスが触媒に供給されるように、燃焼室と触媒との距離を短くすることが可能となる。上記(6)のエンジンユニットは、車両、特に鞍乗型車両に好適に搭載される。
 例えば、鞍乗型車両は、走行時にライダーの体重移動による姿勢制御が行われ、カーブの中心に向かってリーンして旋回する性質を有している。鞍乗型車両は、一般的に、シート高及び最低地上高に関して、上記の性質による制約を受けるため、シート高及び最低地上高の変更は容易ではない。上記(6)のエンジンユニットは、このような鞍乗型車両に特に好適に適用される。上記(6)のエンジンユニットによれば、小径ロングストロークシリンダの径方向へのサイズの増大を抑制しつつ、触媒ユニットが小径ロングストロークシリンダの径方向において小径ロングストロークシリンダと重なり合うように触媒ユニットを配置することができる。これにより、シート高及び/又は最低地上高の変更を抑制しつつ又は行わずに、触媒の浄化性能をより効果的に発揮できるように触媒ユニットを配置できる。触媒の浄化性能の向上によって、熱効率に適した運転が行い易くなる。従って、熱効率をより向上させることが可能になる。
 本発明の一つの観点によれば、車両は、以下の構成を採用できる。
 (7) (1)から(3)いずれか1の火花点火式2バルブエンジンと、
 前記火花点火式2バルブエンジンに駆動される車輪と、
を備える車両。
 (7)の車両によれば(1)から(3)の火花点火式2バルブエンジンを備えているので、エンジンの熱効率が向上する結果、車両の燃費は向上する。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、燃焼室へ供給されるガスの通路であり、タンブルポートとしての機能を有する。タンブルポートとしての機能は、燃焼室内で吸気がタンブル流(縦渦流)を発生させる機能である。シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、燃焼室内で吸気がタンブル流を発生させるように吸気を燃焼室内に流す形状の壁面を有する。シングルセンタータンブルポート(SCTP)が有するタンブル流を生成させる構造は、例えば、シングルセンタータンブルポート(SCTP)の吸気口に続く筒状の壁面のうち、排気口から最も遠い壁面部分からガス流を剥離させる構造である。タンブル流を生成させる構造は、例えば、上記壁面部分に設けた突起を有する。タンブル流を生成させる構造は、これに限られず、例えば、壁面部分よりもガス流での上流部分に、ポートの外向きに膨らんだ膨出部を有する。シングルセンタータンブルポート(SCTP)を備えた小径ロングストロークシリンダは、ロングストローク分のピストン部の移動により、比較的大きな唯一のタンブルポートから、比較的小さな径のシリンダボア内へ吸気を行う。これにより、速いタンブル流を生じさせることができる。また、小径ロングストロークシリンダでは、ボア径よりもストロークが長い。ボア径に対するストロークの割合は、例えば、1.0よりも大きいことが好ましく、1.2以上であることがより好ましい。ボア径に対するストロークの割合は、例えば、1.3以上である。また、ボア径に対するストロークの割合は、例えば、1.5以上である。
 また、シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、例えば、下記(i)~(iii)のように構成されてもよい。
 (i)シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、吸気口の中心と排気口の中心とを通る中心通過線上における吸気口と排気口との間の間隔がオフセット点火部の径よりも短くなるように形成された吸気口を備えてもよい。オフセット点火部がオフセットしているため、吸気口の径が大きく確保され得る。
 (ii)シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、ピストン部の往復方向に見た時にシリンダボアの中心(即ちピストン部の中心線が通る点)が吸気口内に位置するように形成された吸気口を備えてもよい。
 (iii)シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、ピストン部の往復方向に見て、吸気口を含む領域内の中心通過線上において、中心通過線と吸気口とが重なる部分が、中心通過線と吸気口とが重ならない部分よりも長くなるように形成された吸気口を備えてもよい。これにより、小径ボアに対して吸気口が広く確保される。また、吸気口の径が、吸気口を含む領域内の中心通過線よりも長くてもよい。これにより、小径ボアに対して吸気口がより広く確保される。なお、吸気口を含む領域とは、ピストン部の往復方向に見て上記中心通過線と直交し且つシリンダボアの中心を通る直線によって燃焼室が2つの領域に区分された場合において主として吸気口が含まれる領域をいう。また、中心通過線とは、ピストン部の往復方向に見た時にシリンダボアの中心を通る直線をいう。
 上述したように大きな吸気口を有するシングルセンタータンブルポートから小径ロングストロークシリンダへガスが供給されることにより、燃焼室でより速いタンブル流を生じさせることができる。シングルセンタータンブルポート(SCTP)は、例えば、以下のいずれかを満たすように構成されていてもよい。
 ・上記(i)~(iii)の全て
 ・上記(i)及び(ii)
 ・上記(ii)及び(iii)
 ・上記(i)及び(iii)
 ・上記(i)
 ・上記(ii)
 ・上記(iii)
 本明細書において、シングルセンタータンブルポート(SCTP)及び排気ポートにおけるポートは、小径ロングストロークシリンダに形成されるガスの通路を指す。一方、吸気口は、吸気のための開口であり、排気口は、排気のための開口である。吸気口は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)と燃焼室との境界に相当する。排気口は、排気ポートと燃焼室との境界に相当する。
 燃焼室は、ピストン部及び小径ロングストロークシリンダによって画定された空間である。
 タンブル流は、ピストン部の往復方向と交わる方向に延びた軸線周りの渦である。タンブル流を生成している燃焼室ガスは、タンブル流以外の渦も生成していてよい。例えば、燃焼室ガスは、タンブル流とともに、ピストン部の往復方向に延びる軸線周りに回転するスワール流を有してもよい。
 また、タンブル流は、燃焼室の上部(シリンダヘッドに近い部分)で吸気口から排気口へ向かって流れる。但し、タンブル流が形成されているとき、燃焼室内のガスは、例えば燃焼室の上部で吸気口から排気口へ向かう流れとは逆向きの流れを含んでもよい。
 ピストン及び燃焼室は、往復方向に見たときに円形である。但し、ピストン及び燃焼室の少なくとも一方は、例えば往復方向に見たときに長円形であってもよい。ピストン部は、小径ロングストロークシリンダと同じように、径より長いストロークを有する。
 剥離強化部は、吸気口から燃焼室へ吸気されたガスにタンブル流を生成させるように、吸気口に送るガスを吸気口に続く壁面から剥離する構造を有する。剥離強化部は、例えばシングルセンタータンブルポート(SCTP)内の空間に向かって突出している凸部である。凸部は、エッジを有していてもよい。また、凸部は、この凸部を強調するための凹部に隣接してもよい。また、剥離強化部は、1つの凸部に限られず、例えば壁面に設けられたディンプル、即ち、複数の微少な窪みでもよい。
 延長領域は、ピストン部の往復方向に見たときに吸気口の幅を有し、吸気口から吸気方向に延びる領域として定義される。吸気方向は、吸気口からシングルセンタータンブルポート(SCTP)の中心線を延長した直線の向きに相当する。吸気口の幅としては、吸気方向と垂直な方向において最も大きい吸気口の幅が用いられる。ピストン部の往復方向に見たときに、延長領域は、例えば、ピストン部の頂面の中心と重なる。
 また、中心通過線は、ピストン部の往復方向に見て排気口の中心及び吸気口の中心を通る直線である。
 火花点火式2バルブエンジンは、例えばオフセット点火プラグとしての1つの点火プラグを備えている。但し、火花点火式2バルブエンジンは、これに限られず、例えば、2つ以上のオフセット点火プラグを備えていてもよい。
 火花点火式2バルブエンジンは、例えば、4ストロークエンジンである。但し、火花点火式2バルブエンジンは、これに限られず、例えば、6ストロークエンジン又は8ストロークエンジンであってもよい。
 触媒ユニットが小径ロングストロークシリンダと少なくとも部分的に重なる位置は、触媒ユニットの全体が小径ロングストロークシリンダと重なる位置を含む。
 車両は、エンジンに加え、例えば、車輪を有する。車輪には、エンジンから出力される動力を受けて回転する駆動輪が含まれる。車輪の数は、特に限定されない。車両としては、特に限定されず、例えば、四輪自動車、鞍乗型車両などが挙げられる。四輪自動車は、例えば、車室を有する。鞍乗型車両とは、運転者がサドルに跨って着座する形式の車両をいう。鞍乗型車両としては、例えば、自動二輪車、自動三輪車、ATV(All-Terrain Vehicle)が挙げられる。
 本明細書にて使用される専門用語は特定の実施例のみを定義する目的であって発明を制限する意図を有しない。本明細書にて使用される用語「および/または」はひとつの、または複数の関連した列挙された構成物のあらゆるまたはすべての組み合わせを含む。本明細書中で使用される場合、用語「含む、備える(including)」「含む、備える(comprising)」または「有する(having)」およびその変形の使用は、記載された特徴、工程、操作、要素、成分および/またはそれらの等価物の存在を特定するが、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループのうちの1つまたは複数を含むことができる。本明細書中で使用される場合、用語「取り付けられた」、「接続された」、「結合された」および/またはそれらの等価物は広く使用され、直接的および間接的な取り付け、接続および結合の両方を包含する。さらに、「接続された」および「結合された」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接的または間接的な電気的接続または結合を含むことができる。他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語および科学用語を含む)は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義された用語のような用語は、関連する技術および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。本発明の説明においては、多くの技術および工程が開示されていると理解される。これらの各々は個別の利益を有し、それぞれは、他の開示された技術の1つ以上、または、場合によっては全てと共に使用することもできる。したがって、明確にするために、この説明は、不要に個々のステップの可能な組み合わせをすべて繰り返すことを控える。それにもかかわらず、明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせがすべて本発明および請求項の範囲内にあることを理解して読まれるべきである。
 本明細書では、新しい火花点火式2バルブエンジンについて説明する。以下の説明では、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を述べる。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細なしに本発明を実施できることが明らかである。本開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
 本発明によれば、熱効率を向上することができる火花点火式2バルブエンジンを提供できる。
(A)は、本発明の第一実施形態に係る火花点火式2バルブエンジンの概略構成を示す、ピストン部の往復方向に見た内部の透視図である。(B)は、火花点火式2バルブエンジンの概略構成を示す側面断面図である。 図1に示す火花点火式2バルブエンジンの正面断面図である。 図1に示す火花点火式2バルブエンジンのピストン部を示す斜視図である。 図1(A)に示す火花点火式2バルブエンジンの拡大図である。 (A)は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンのシングルセンタータンブルポート(SCTP)及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。(B)は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)のみを見やすく示す断面図である。 (A)は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンの燃焼室内の混合ガスの流れを説明する、吸気行程の平面図である。(B)は吸気行程の斜視図である。(C)は圧縮行程の平面図である。(D)は圧縮行程の斜視図である。 タンブル比の計算方法を説明する図である。 比較例としての火花点火式4バルブエンジンの混合ガスの流入状況を説明する平面図である。 火花点火式2バルブエンジンの燃焼室の径と熱効率の関係を示すグラフである。 火花点火式2バルブエンジンの行程容積と熱効率の関係を示すグラフである。 一般的なエンジンの行程容積と図示熱効率の関係を示すグラフである。 図1から図9に示す火花点火式2バルブエンジン1におけるガスの流れを説明する図である。 (A)は、火花点火式2バルブエンジンにおけるポートの変形例を示す図である。(B)は、火花点火式2バルブエンジンにおけるガスの流れを説明する図である。 比較例におけるガスの流れを説明する図である。 図12、図13、及び図14それぞれに示す構成におけるタンブル比を示すグラフである。 図1に示す火花点火式2バルブエンジンが搭載された鞍乗型車両を示す側面図である。 図16に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。 図16とは別の種類の鞍乗型車両を示す側面図である。 図18に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。 図19とは更に別のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
 図1は、本発明の第一実施形態に係る火花点火式2バルブエンジンの概略構成を示す図であり、(A)はピストン部の往復方向に見た内部の透視図であり、(B)は側面断面図である。
 図2は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンの正面断面図である。
 図1及び図2に示す火花点火式2バルブエンジン1(以降、単にエンジン1とも称する)は、例えば図16に示される鞍乗型車両100に搭載される。
 火花点火式2バルブエンジン1は、単気筒エンジンである。火花点火式2バルブエンジン1は、クランクシャフト2、クランクケース部21、小径ロングストロークシリンダ4、ピストン部5、燃料噴射部6、オフセット点火部7a(オフセット点火プラグ7)、吸気バルブ81、及び排気バルブ82を備えている。火花点火式2バルブエンジン1は、単気筒エンジンである。火花点火式2バルブエンジン1は、1つの小径ロングストロークシリンダ4を有する。
 小径ロングストロークシリンダ4は、シリンダヘッド部41、及びシリンダボディ部42を備えている。クランクケース部21、シリンダボディ部42、及びシリンダヘッド部41は、この順で積み上げられ、互いに締結されている。
 シリンダボディ部42の内部には、シリンダボア42bが形成されている。シリンダボア42bは、シリンダボディ部42内の空間である。火花点火式2バルブエンジン1は、水冷エンジンである。シリンダボディ部42には、冷却液通路42jが設けられている。 
 ピストン部5は、シリンダボア42bに収容されている。ピストン部5は、往復動可能に配置されている。ピストン部5が往復する方向を往復方向Zと称する。ピストン部5は、図1の実線で示す上死点と、破線で示す下死点の間で往復動する。ピストン部5は、燃焼室4rを画定している。より詳細には、ピストン部5、及び小径ロングストロークシリンダ4は、燃焼室4rを画定している。さらに詳細には、ピストン部5、小径ロングストロークシリンダ4、吸気バルブ81、及び排気バルブ82は、燃焼室4rを画定している。
 小径ロングストロークシリンダ4は、例えば、0.1L以上0.2L未満の行程容積を有する。火花点火式2バルブエンジン1は、自然吸気式のエンジンである。火花点火式2バルブエンジン1は、過給器無しに吸気する。
 燃焼室4rは、往復方向Zに見たときに、ピストン部5の往復動のストロークStより短い径Bを有している。即ち、ピストン部5の往復動のストロークStは、燃焼室4rの径Bよりも長い。径Bに対するストロークStの割合は、例えば、1.2以上である。径Bに対するストロークStの割合は、例えば、1.3以上でもよい。径Bに対するストロークStの割合が1.3以上である場合、熱効率がより高い。また、径Bに対するストロークStの割合は、例えば1.5以上である。本実施形態では、径Bに対するストロークStの割合が1.5以上である場合、熱効率がより高い。
 また、火花点火式2バルブエンジン1における圧縮比は、従来のエンジンに比べて高く設定されている。火花点火式2バルブエンジン1では、ノッキングの発生を抑えつつ従来のエンジンに比べて高い圧縮比を有することができる。このことによっても、火花点火式2バルブエンジン1における熱効率が向上する。
 火花点火式2バルブエンジン1の最高出力回転速度は、6000rpm未満に設定されている。最高出力回転速度は、最高出力が得られる回転速度である。火花点火式2バルブエンジン1は、大きなストロークStを有するが、最高出力回転速度が6000rpm未満に抑えられることによって、ピストン部5の最大移動速度が抑えられる。
 火花点火式2バルブエンジン1における燃焼室4rの径Bは、例えば、40mmから60mmまでの範囲に設定される。ストロークStは、70mmから80mmの間に設定される。
 図3は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンのピストン部を示す斜視図である。
 ピストン部5は、ピストン部5の頂面5tに、周囲よりも窪んだ凹部5cを有している。凹部5cは、往復方向Zに見た時に円状である。凹部5cは、往復方向Zに見た時にピストン部5の中心線Lcを中心とした円状である。
 なお、本実施形態では、往復方向Zに見てピストン部5の中心及び燃焼室4rの中心は重なっている。また、往復方向Zに見てピストン部5の中心及び燃焼室4rの中心は、中心線Lcと重なっている。従って、往復方向Zに見てピストン部5の中心、燃焼室4rの中心、及び中心軸について、同じ符号Lcを付して参照する。
 また、ピストン部5の頂面5tには、吸気バルブ81及び排気バルブ82との干渉を避けるためのバルブリセス5a,5bも設けられている。バルブリセス5a,5bは、凹部5cと隣り合っている。バルブリセス5a,5bには、吸気バルブ81及び排気バルブ82の一部が受け入れられる。凹部5cは、バルブリセス5a,5bとは別の部分であり、吸気バルブ81及び排気バルブ82を受け入れない。
 図1及び図2に示すクランクシャフト2は、軸受31(図2参照)を介してクランクケース部21に支持されている。クランクシャフト2は、ピストン部5の往復動に応じて回転するようにピストン部5と連結されている。クランクシャフト2は、コンロッド32を介してピストン部5と連結されている。コンロッド32の一端は、クランクシャフト2に回転自在に支持されており、コンロッド32の他端は、ピストン部5に回転自在に支持されている。
 クランクシャフト2が延びる方向をクランクシャフト方向Xとする。図には、クランクシャフト方向X及び往復方向Zの双方と交わる方向Yも示されている。
 火花点火式2バルブエンジン1は、ただ1つのシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aとただ1つの排気ポート41eを備えている。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは吸気ポートとして機能する。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aと排気ポート41eは、小径ロングストロークシリンダ4に形成されている。詳細には、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aと排気ポート41eは、シリンダヘッド部41に形成されている。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及び排気ポート41eのそれぞれは、燃焼室4rに続いている。シリンダヘッド部41は、吸気口41b及び排気口41fを有している。吸気口41bは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの燃焼室4rにおける開口部である。排気口41fは、排気ポート41eの燃焼室4rにおける開口部である。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを通るガスは、吸気口41bを通り燃焼室4rへ供給される。火花点火式2バルブエンジン1における吸気口41bは、排気口41fよりも大きい。吸気口41bは、ピストン部の往復方向Zに見た時にシリンダボア42bの中心(即ちピストン部5の中心線Lcが通る点)が吸気口41b内に位置するように形成されている。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、吸気口41bを介して燃焼室4rに連通している。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、吸気口41bから燃焼室4rへ吸気されたガスに、タンブル流を生成させる構造を有している。タンブル流は、燃焼室4r内で、往復方向Zと交わる方向に延びた軸線周りの流れである。タンブル流を生成させる構造の詳細は後述する。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aにおける吸気口41bとは反対の端(上流端)は、シリンダヘッド部41の外面に開口している。吸気口41bの端(上流端)に、吸気通路115が接続されている。詳細には、吸気口41bの上流端に、吸気通路115を構成する吸気管114が連結されている。
 排気ポート41eは、排気口41fを介して燃焼室4rに連通している。排気ポート41eは、燃焼室4rの排気口41fから曲がりながらシリンダヘッド部41内を下流へ向けて延びるように形成されている。排気ポート41eにおける排気口41fの反対の端(下流端)は、シリンダヘッド部41の外面に開口している。排気口41fの端(下流端)に、排気通路117(図17参照)が連結される。
 図1(A)に示すように、小径ロングストロークシリンダ4を往復方向Zに見たとき、吸気口41bの幅を有し且つ吸気口41bから吸気方向Y1へ延びる領域として、延長領域Aeが定義される。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及び吸気口41bは、延長領域Aeが排気口41fと重なるように設けられている。本実施形態において吸気方向Y1は、方向Yに含まれる。
 燃料噴射部6は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを向けて取付けられている。燃料噴射部6は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aに燃料を噴射する。燃料噴射部6は、吸気口41bよりも上流の位置で燃料を噴射する。燃料噴射部6は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a内に供給された空気に燃料を噴射することによって、混合ガス(以降、単にガスとも称する。)を作り出している。ガスは、空気と燃料とを含んでいる。ガスが、吸気口41bを通って燃焼室4rに供給される。
 火花点火式2バルブエンジン1は、理論空燃比(ストイキオメトリー)で燃焼している。燃料噴射部6は、火花点火式2バルブエンジン1が理論空燃比で燃焼するように、燃料を噴射する。燃料噴射部6は、空燃比が14.2から14.8までの範囲となるように燃料を噴射する。これは、空気過剰率で0.98から1.02までの範囲に相当する。より詳細には、火花点火式2バルブエンジン1は、例えば、図示しない酸素センサで排ガス中の酸素含有量を検出し、検出される酸素含有量に基づいて、空燃比が14.2から14.8までの範囲となるように燃料を噴射する。
 吸気バルブ81は、吸気口41bを開放及び閉鎖する。排気バルブ82は、排気口41fを開放及び閉鎖する。シリンダヘッド部41には、カムシャフト41sが回転自在に設けられている。カムシャフト41sにはカム41tが設けられている。カムシャフト41s及びカム41tは一体で、クランクシャフト2の回転と連動して回転する。カム41tの動作によって、吸気バルブ81及び排気バルブ82のそれぞれが直線往復動することにより、吸気口41b及び排気口41fが開放及び閉鎖する。
 オフセット点火プラグ7は、シリンダヘッド部41に設けられている。オフセット点火プラグ7は、オフセット点火部7aを有する。オフセット点火部7aは、燃焼室4rに露出している。オフセット点火部7aは、燃焼室4rのガスに火花点火する。
 図1(A)に示すように燃焼室4rは、往復方向Zに見たときに、2つの領域即ち第1の領域A1と第2の領域A2に区分される。第1の領域A1及び第2の領域A2は、排気口41fの中心f及び吸気口41bの中心bを通る中心通過線Sにより区分される。オフセット点火部7aは、第1の領域A1に、中心通過線Sと重ならないように配置される。
 吸気口41bは、中心通過線S上における吸気口41bと排気口41fとの間の間隔がオフセット点火部7aの径よりも短くなるように形成されている。オフセット点火部7aが、中心通過線Sと重ならないよう配置され、吸気口41bの径が大きく確保され得る。
 小径ロングストロークシリンダ4は、往復方向Zに見たときの燃焼室4rの径Bより長いストローク分ピストン部5が下死点へ向けて移動する時に、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから吸気されたガスにタンブル流を生成させる。具体的には、小径ロングストロークシリンダ4は、ピストン部5が収容された円筒状のシリンダボア42bを有している。小径ロングストロークシリンダ4及びピストン部5によって燃焼室4rが画定されている。小径ロングストロークシリンダ4の中で、ピストン部5は、燃焼室4rの径Bより長いストロークStだけ移動する。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから吸気されたガスは、主に排気バルブ82の方へ向かって流れ、次に筒状のシリンダボア42bの壁面に案内される。これによって、タンブル流が生成される。また、小径ロングストロークシリンダ4は、ピストン部5に押されたガスを吸気バルブ81が配置された吸気口41bに向かわせるように形成されている。ピストン部5に押されたガスは、筒状のシリンダボア42bの壁面に案内され、吸気バルブ81が配置された吸気口41bに向かって流れる。これによっても、タンブル流が生成される。タンブル流の詳細については後述する。
 図4は、図1(A)に示す火花点火式2バルブエンジンの拡大図である。
 図4には、図1(A)とは別の観点による燃焼室4rの区分が示されている。即ち、燃焼室4rは、図4に示すように、ピストン部5(図1参照)の往復方向Zに見て中心通過線Sと直交し且つシリンダボア42bの中心線Lcを通る直線Tによって、吸気口41bを含む領域Abと排気口41fを含む領域Afとに区分される。また、図4には、ピストン部5の往復方向Zに見た時にシリンダボアの中心線Lcを通る中心通過線が示されている。
 本実施形態において、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aに備えられた吸気口41bは、小径のシリンダボア42bに対して広く確保されている。具体的には、吸気口41bは、次のように形成されている。往復方向Zに見て、吸気口41bを含む領域Ab内の中心通過線S上において、中心通過線Sと吸気口41bとが重なる部分が、中心通過線Sと吸気口41bとが重ならない部分よりも長い。
 このように、大きな吸気口41bを有するシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから小径ロングストロークシリンダ4へガスが供給されることにより、燃焼室4rで速いタンブル流を生じさせることができる。
 例えば、図4に示す例において、領域Ab内で中心通過線Sと吸気口41bとが重ならない部分の長さは実質的に0である。即ち、往復方向Zに見て、吸気口41bは、燃焼室4rに内接するように配置されている。また、往復方向Zに見て、シリンダボア42bの中心線Lcは、吸気口41bの範囲に含まれている。
 例えば、燃焼室4rの直径は、40mmより大きく60mmより小さい。この場合、吸気口41bを含む領域Ab内の中心通過線Sの長さは20mmより大きく30mmより小さい。このうち、中心通過線Sと吸気口41bとが重なる部分は、20mmより大きく30mmより小さい。図4に示す例では、吸気口41bを含む領域Ab内の中心通過線S上において、中心通過線Sと吸気口41bとが重なる部分の長さは、20mmより大きく30mmより小さい。但し、燃焼室4rの直径、吸気口41bを含む領域Ab内の中心通過線Sの長さ、中心通過線Sと吸気口41bとが重なる部分の長さ、及び重ならない部分の長さのそれぞれは、上述した範囲に限られない。
 図5は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンのシングルセンタータンブルポート(SCTP)及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。図5(A)は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aに加え吸気バルブ81及び燃料噴射部6の位置も示す図である。図5(B)は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aのみを見やすく示す断面図である。
 先に説明したように、火花点火式2バルブエンジン1には、ただ1つのシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aが設けられている。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、筒状に延びる内壁を有する。
 吸気バルブ81は、傘部81a及びステム部81bを有している。傘部81aは円盤状である。ステム部81bは柱状であり、傘部81aに続いている。吸気バルブ81の傘部81aは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの吸気口41bを開放及び閉鎖する。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、吸気口41bから燃焼室4rへ吸気されたガスに、タンブル流を生成させる構造を有している。詳細には、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの内壁に、剥離強化部41pが設けられている。剥離強化部41pは、吸気口41bから燃焼室4rへ吸気されたガスにタンブル流を生成させるように、吸気口41bに送るガスを吸気口41bに続く壁面から剥離する構造を有する。より詳細には、剥離強化部41pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの吸気口41bを画定する円周のうち、少なくとも排気口41f(図1参照)に対し最も遠い部分41gからガスを剥離するような構造を有する。より詳細には、吸気口41b及び排気口41fを通る断面において、剥離強化部41pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを構成する壁面の、吸気口41bに隣接する環状の部分の、少なくとも排気口41fから最も遠い部分41gに設けられた、折り返した形状を有する。剥離強化部41pは、急激にシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの中心線41cから遠ざかる向きに折り返した形状である。言い換えると、剥離強化部41pは、急激に排気口41fから遠ざかる向きに折り返した形状である。
 図5に示す剥離強化部41pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a内の空間に向かって突出している凸部である。剥離強化部41pは、吸気口41bよりもガスの流れの上流の内壁の環状の周に沿って延びる突条である。即ち、剥離強化部41pは、吸気口41bの円周に沿って延びる。但し、剥離強化部41pは内壁を一周していない。シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、吸気口41bに続く環状の帯部分のうち、排気口41fから最も遠い部分に剥離強化部41pを有している。剥離強化部41pはエッジを有している。従って図5に示すシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの内壁は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの延伸方向で剥離強化部41pにおいて不連続である。剥離強化部41pは図5に示す断面において直角又は鋭角を成している。
剥離強化部41pは、例えば図5に示す断面において鋭角を成している。
 剥離強化部41pは折り返した形状であるが、微視的には図5に示すようなエッジを必ずしも有していなくともよい。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a内を壁面に接しながら吸気口41bに向かって流れるガスは、剥離強化部41pで壁面から剥離する。ガスは、急激に折り返した形状に沿って流れることができない。つまり、排気口41fから遠ざかる向きの流れが減少する。このため、吸気口41bと吸気バルブ81と間の隙間を通って燃焼室4rに吸気されるガスの流れのうち、吸気口41bから排気口41fに向かう流れが、他の向きの流れよりも速い。吸気口41bから排気口41fに向かう流れにより、燃焼室4rの中でタンブル流が生成される。タンブル流の詳細については、後述する。
火花点火式2バルブエンジン1は、吸気管噴射式のエンジンである。燃料噴射部6は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの吸気口41bに向かって燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射部6は、霧化した燃料を円錐状の噴射範囲6aに噴射する。噴射される燃料の密度は、噴射範囲6aの中心6cに近づくほど大きい。噴射範囲6aの中心6cにおける燃料の密度は最大である。
 燃料噴射部6は、燃料の噴射範囲6aの中心6cが、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの剥離強化部41pと交わらないように配置されている。燃料噴射部6は、燃料の噴射範囲の中心6cが、吸気バルブ81のステム部81bと交わるように配置されている。最大の燃料の密度を有する噴射範囲6aの中心6cが剥離強化部41pと交わらない。このため、燃料が剥離強化部41pに付着して剥離強化部41p付近に凝集する事態の発生が抑えられる。この結果、凝集した燃焼が大きな塊(液滴)となって間欠的に燃焼室4rに入るといった事態の発生が抑えられる。従って、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aからの意図しない間欠的な燃料供給の変動が抑えられる。従って、熱効率が向上する。
 より詳細には、燃料噴射部6は、噴射範囲6aがシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの剥離強化部41pと交わらないように配置されている。これにより、燃料が剥離強化部41pに付着して剥離強化部41p付近に凝集する事態の発生がさらに抑えられる。従って、熱効率がより向上する。
 図6は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンの燃焼室内の混合ガスの流れを説明する図である。(A)は吸気行程の平面図を示し、(B)は吸気行程の斜視図を示す。(C)は圧縮行程の平面図を示し、(D)は圧縮行程の斜視図を示す。
 図6(A),(B)に示すように、吸気行程ではピストン部5が上死点から下死点へ向かって移動する。また、吸気行程では、吸気バルブ81が吸気口41bを開放する。この結果、ガスがシングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及び吸気口41bを通って燃焼室4rに流入する。
 図6(A)に示すように、往復方向Zに見たときに吸気口41bから吸気方向Y1へ延びる延長領域Aeは、排気口41fと重なる。従って図6(A)に示すようにシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを吸気方向Y1に流れ、吸気口41bから燃焼室4rに入ったガスの多くは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの構造によって、特に、排気口41fが配置された方向、即ち吸気方向Y1に流れる。より詳細には、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a内を流れるガス流が、剥離強化部41pによって、ガス流がシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの壁面から剥離する。このため、図6(A)に示すように、吸気口41bと吸気バルブ81と間の円環状の隙間を通って燃焼室4rに吸気されるガスの流れのうち、吸気口41bから排気口41fに向かう流れは、他の向きの流れよりも速く多い。図6(A)~(D)では速い流れが太い矢印線で示されている。吸気口41bから燃焼室4rに入ったガスの多くは、排気バルブ82のバルブ面に沿って流れ、ピストン部5に引き込まれるようにピストン部5の下死点の位置に向かって流れる。この結果、燃焼室4r内でタンブル流が形成される。タンブル流は、往復方向Zと交わる方向に延びた軸線X1周りの渦である。図6に示す本実施形態の例では、軸線X1は、クランクシャフト方向Xと実質的に平行である。但し、燃焼室4r内の流れは、タンブル流に加え、中心線Lc周りの渦であるスワール流を含む場合もある。この場合、タンブル流の成分の軸は、クランクシャフト方向Xと実質的に平行ではない。
 火花点火式2バルブエンジン1は、ただ1つのシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの吸気口41bと、ただ1つの排気ポート41eの排気口41fを備えている。例えば3つ以上の吸気口及び排気口を有するエンジンとは異なり、1つの吸気口41bと1つの排気口41fは、往復方向Zに見たとき燃焼室4rの共通の直径と重なるように配置されている。即ち、1つの吸気口41bと1つの排気口41fは、往復方向Zに見たとき燃焼室4rの中心線Lcを通り吸気方向Y1と平行な直線上に配置されている。このため、吸気口41bから燃焼室4rに入ったガスの流れのうち、中心線Lc付近を通るガスの流れが最も速い。
 火花点火式2バルブエンジン1には、例えば複数の吸気口を備える場合と比べて大きな吸気口41bが設けられている。このため、往復方向Zに見たとき吸気口41bから排気口41fの方へ幅の広いガスの流れが生じる。そして、ガスの流れのうち中心線Lc付近を通る中央部分の流れが最も速い。
 火花点火式2バルブエンジン1のオフセット点火部7a(図1参照)は、燃焼室の第1の領域A1に中心通過線Sと重ならないように位置している。このため、例えば往復方向Zに見て点火部が燃焼室4rの中心に配置される場合と比べて大きな吸気口41bが設けられている。このことによっても、吸気口41bから排気口41fの方へ幅の広いガスの流れが生じる。
 このようにして、吸気口41bから燃焼室4rに入ったガスによって、広い幅を有し幅方向(本実施形態では軸線X1方向)の中央部分の流れが速いタンブル流が形成される。
 火花点火式2バルブエンジン1には、例えば複数の吸気口を備える構成における1つの吸気口と比べて、大きな吸気口41bが確保されている。但し、吸気口41bの大きさは、例えば複数の吸気口が設けられる場合の吸気口の面積の総計と比べて小さい。開口が小さいほど速い流速でガスが通過するので、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aの吸気口41bを通過するガスは、複数の吸気口を有する場合と比べて速いタンブル流を生じさせる。
 火花点火式2バルブエンジン1のピストン部5の往復動のストロークSt(図1参照)は、燃焼室4rの径Bよりも長い。このため、ピストン部5が下死点に向かって移動するときの移動速度が大きい。従って、ピストン部5の移動に起因して、吸気口41bから燃焼室4rに入るガスの流れは速い。従って速いタンブル流が生じる。
 このようにして、図6(B)に示すように、燃焼室4r内では、幅が広く、しかも幅方向での中央部分で最も速い流れを有するタンブル流が形成される。中心部分が最も速い流れを有するタンブル流が、燃焼室4rの径Bよりも長いストロークSt分移動するピストン部5の移動によって形成される。幅方向での中央部分で最も速い流れを有するタンブル流によって、流れの乱れが抑えられる。このようなタンブル流は、長い期間、速度が維持されやすい。
 火花点火式2バルブエンジン1のシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aは、小径ロングストロークシリンダ4内で、タンブル比が0.3よりも大きいタンブル流を形成する。
 タンブル比は、タンブル流の強度を示す指標である。タンブル比は、タンブル流の速度を示す指標である。
 図7は、タンブル比の計算方法を説明する図である。図7には、小径ロングストロークシリンダ4の内部構造が模式的に示されている。
 タンブル比の計算では、小径ロングストロークシリンダ4内にタンブル球TSという空間が定義される。タンブル球TSの球体内におけるガスの角速度からタンブル比が計算される。
 吸気行程に続く圧縮行程では、図6(D)に示すように、ピストン部5が上死点に向かって移動する。吸気行程で図6(B)に示すように吸気口41bから出て排気バルブ82のバルブ面に沿って流れ、そしてピストン部5に向かって流れたガスが、圧縮行程で図6(D)に示すようにピストン部5に押される。ピストン部5に押されたガスが吸気口41bに向かって流れる。これによってタンブル流が維持される。ピストン部5が移動するストロークStは、燃焼室4rの径Bより長い。従って、圧縮行程におけるピストン部5の移動速度も大きい。このため、ピストン部5に押されたガスによって速いタンブル流が維持されやすい。
 火花点火の時点では、燃焼室4r内の速いタンブル流が速い乱流に変化する。この結果、火炎が短い期間で伝播する。
 また、燃焼室4rが、往復方向Zに見たときに、ピストン部5の往復動のストロークStより短い径Bを有している。短い径Bによって、ピストン部5が上死点にある時にピストン部5によって画定される燃焼室4rの扁平度が低下する。従って、オフセット点火部7aによる点火後、火炎が伝播する時に、火炎が伝播する最大距離が減少する。このことによっても、燃焼時間が減少する。
 火花点火式2バルブエンジン1のオフセット点火部7aは、往復方向Zに見て燃焼室4rの中心からオフセットした位置に配置されている。しかし、本実施形態の火花点火式2バルブエンジン1では、速いタンブル流と、火炎伝播の最大距離の減少とによって、オフセット点火部7aのオフセットした配置位置に起因する燃焼時間への影響が抑えられる。
 このように、燃焼室内で速いタンブル流が維持されるとともに、火炎が伝播する距離が減少するため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。タンブル比が0.3よりも大きいタンブルが形成されることによって、ガスの燃焼に要する時間がより減少する。燃焼に要する時間が減少することによって、火花点火式2バルブエンジン1の熱効率が向上する。
 火花点火式2バルブエンジン1では、燃焼に要する時間が減少することによって、ノッキングの発生が抑えられる。また、火花点火式2バルブエンジン1は、水冷エンジンであるため、ノッキングの発生が抑えられる。このため、ノッキングの発生を抑えつつ火花点火式2バルブエンジン1の圧縮比を従来のエンジンよりも高く設定することができる。この結果、火花点火式2バルブエンジン1の熱効率がさらに向上する。
 図8は、比較例としての火花点火式4バルブエンジンの混合ガスの流入状況を説明する平面図である。
 図8に示す比較例のエンジン9は、4つのバルブを備えている。2つの吸気口941bを備えている。吸気口941bのそれぞれから燃焼室94rに入ったガスの流れのうち、互いに遠ざかるよう吸気方向に対し斜めに向いた流れが最も速い。
 図8に示す比較例のエンジンは、ガスの吸気口941bが2つに分散しているため、それぞれの吸気口941bからのガスの流れは、1つの吸気口41b(図6参照)を備える本実施形態の流れと比べて遅い。
 しかも、吸気口941bのそれぞれから燃焼室94rに入ったガスの流れのうち、互いに近づくよう吸気方向に対し斜めに向いた流れは、中心部分で互いにぶつかることによって乱れる。このため、タンブル流に寄与する流れが妨げられる。また、タンブル流に最も寄与するガスの流れは、2つに分かれている。この結果、たとえピストン95が本実施形態と同様のストローク分移動しても、タンブル流の速度が小さい。また、タンブル流が乱れるので、圧縮行程でピストンが上死点に向かって移動する時に、ピストンに押される気流の流れが乱れやすい。従って、タンブル流が減衰しやすい。
 これに対し、本実施形態の火花点火式2バルブエンジン1では、図6に示すように、ただ1つのシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから燃焼室4rに吸気されたガスによって、流れの幅方向での中央部分での流れが速いタンブル流が形成される。例えば2つの吸気口941bを備える場合と比べて小さい面積を有する吸気口41bから燃焼室4rに吸気されるガスの流れは、吸気行程で燃焼室4rの径Bよりも長いストロークを高速に移動するピストンによって、高速に移動する。従って、速いタンブル流が形成される。また、ガスの流れが、圧縮行程で、高速に戻るピストンによって、気流が吸気バルブ81の配置方向に向かって押し戻される。これによって、より速いタンブル流が形成される。
 図9は、火花点火式2バルブエンジンの燃焼室の径と熱効率の関係を示すグラフである。
 図9には、例として、行程容積(排気量)を0.15Lに固定した火花点火式2バルブエンジンにおいて、燃焼室の径とピストン部のストロークを変えた場合における熱効率(図示熱効率)の計算結果が示されている。シミュレーションの対象の火花点火式2バルブエンジンは、燃焼室の径とピストン部のストローク以外は、図1及び図2に示す構成と同じ構成を有している。つまり、計算対象の火花点火式2バルブエンジンは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを備えている。
 図9のグラフにおいて、燃焼室の径がR1より小さい領域、即ち図中でR1より左の領域は、ピストン部のストロークが燃焼室の径よりも長い。
 図9のグラフにおいて、燃焼室の径がR2より小さい領域、即ち図中でR2より左の領域は、ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.2倍よりも長い。
 図9のグラフにおいて、燃焼室の径がR3より小さい領域、即ち図中でR2より左の領域は、ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.5倍よりも長い。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及びオフセット点火部7aを備える火花点火式2バルブエンジン1では、図9に示すように、ピストン部のストロークStが燃焼室の径Bよりも長いことによって、高い熱効率が得られる。
 ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.2倍よりも長い領域では、図示熱効率の増大の度合いが実質的に飽和する。即ち、ストローク増大に対し、図示熱効率が増大しにくい。ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.2倍よりも長い領域では、図示熱効率がより高い。
 ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.5倍よりも長い領域では、図示熱効率の増大の度合いが更に飽和する。即ち、ストローク増大に対し、図示熱効率が更に増大しにくい。ピストン部のストロークが燃焼室の径の1.5倍よりも長い領域では、ピストン部の移動速度の増大による図示熱効率の増大がより安定している。
 図10は、エンジンの行程容積と熱効率の関係を示すグラフである。
 図10のグラフは、圧縮比が一定の条件におけるエンジンの行程容積と熱効率の関係を示している。図10のグラフの横軸はエンジンの行程容積である。行程容積は、1気筒当たりの行程容積(排気量)である。縦軸は、熱効率(図示熱効率)を示している。グラフの実線η1は、本実施形態のシングルセンタータンブルポート(SCTP)を備えたエンジンのモデルによる熱効率の試算結果を示す。グラフの破線η2は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)を備えないエンジンのモデルによる熱効率の試算結果を示す。
 本実施形態によれば、熱効率が低下しやすい0.2L未満の行程容積を有する火花点火式2バルブエンジン1において、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及びピストン部のストロークStより長い燃焼室の径Bを有することでタンブル流を維持しやすくすることにより熱効率の低下が抑えられる。即ち、本実施形態によれば、0.2L未満の行程容積において、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41a及びピストン部のストロークStを有さない構成の熱効率(η2)と比べ、高い熱効率(η1)が得られる。
 図11は、一般的なエンジンの行程容積と図示熱効率の関係を示すグラフである。
 図11には、参考例として、一般的なエンジンにおける行程容積と図示熱効率が示されている。図示熱効率は、機械損失を考慮しない熱効率である。参考例におけるピストン部のストロークは燃焼室の径と等しい。
 図11に示す参考例に代表されるような一般的なエンジンの図示熱効率は、体積と表面積の関係に起因して、エンジンの大きさが小さくなるほど減少する傾向を有する。体積は発生熱量に密に関連するのに対し、表面積は放熱による熱損失に密に関連するためである。
 図11に示すように、エンジンの行程容積が0.2L未満の場合、行程容積の減少に対し図示熱効率の低下が加速する。つまり、例えば0.4L以上の大型エンジンにおける傾向を表す直線(一点鎖線)η’からの乖離が大きくなる。図示熱効率の低下は、行程容積が0.15L未満で顕著になる。即ち、直線(一点鎖線)η’からの乖離は、0.2L未満で顕在化し、行程容積が0.18L未満で顕著になる。
 図1から図9に示す火花点火式2バルブエンジン1は、剥離強化部41p(図5参照)を有するシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから小径ロングストロークシリンダ4に吸気されたガスによる速いタンブル流が形成されるため、図示熱効率が増大する。図示熱効率の増大は、一般的なエンジンが0.1Lの行程容積まで小型化した場合の、小型化による図示熱効率の低下を補うことができる。このため、図1から図9に示す構成によれば、剥離強化部41pを有するシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aと小径ロングストロークシリンダ4を備え、行程容積が0.1L以上0.2L未満の火花点火式2バルブエンジンの熱効率を向上することができる。
 火花点火式2バルブエンジンが0.125L以上の行程容積を有する場合、タンブル流形成による図示熱効率の増大が、小型化による図示熱効率の低下に対し十分な余裕を有する。
 図1から図9に示す構成によれば、参考例に示すようなエンジンの場合に特に顕著な低下が見られる、0.2L未満の火花点火式2バルブエンジンの熱効率を向上することができる。
 図12は、図1から図9に示す火花点火式2バルブエンジン1におけるガスの流れを説明する図である。図12には、図1から図9に示す火花点火式2バルブエンジン1の吸気行程におけるガスの流れのシミュレーションが示されている。表示濃度の濃い部分(暗い部分)ほど、速い流速を示している。
 シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから小径ロングストロークシリンダ4に吸気されたガスは、剥離強化部41pで壁面から剥離しやすい。剥離したガスは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aが延伸する向きに流れやすい。従ってシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aから燃焼室4rに吸気されるガスのうち、排気バルブ82のバルブ面に向かって流れるガスの流量及び速度が増加する。
これに対し、排気バルブ82から見て、吸気バルブ81よりも遠い位置から燃焼室4rに吸気されるガスの量及び流速が減少する。
 この結果、排気バルブ82のバルブ面に沿って流れた後、ピストン部5(図1)に向かう向きの速いタンブル流が生成される。
 図13(A)は、火花点火式2バルブエンジンにおけるポートの変形例を示す図である。図13(B)は、図13(A)の火花点火式2バルブエンジンにおけるガスの流れを説明する図である。図13(B)には、吸気行程におけるガスの流れのシミュレーション結果が示されている。
 図13(A)に示すシングルセンタータンブルポート(SCTP)241aは、剥離強化部241pを有している。剥離強化部241pは、吸気口241bから燃焼室4r(図5参照)へ吸気されたガスにタンブル流を生成させるように、吸気口241bに送るガスを吸気口241bに続く壁面から剥離する構造を有する。より詳細には、剥離強化部241pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aの吸気口241bを画定する円周のうち、少なくとも排気口41f(図1参照)に対し最も遠い部分からガスを剥離するような構造を有する。より詳細には、吸気口241b及び排気口41f(図1参照)を通る断面において、剥離強化部241pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aを構成する壁面の、吸気口241bに隣接する環状の帯部分の、少なくとも排気口41fから最も遠い部分に設けられた、折り返した形状を有する。剥離強化部41pは、急激にシングルセンタータンブルポート(SCTP)241aの中心線から遠ざかる向きに折り返した形状である。言い換えると、剥離強化部241pは、急激に排気口41fから遠ざかる向きに折り返した形状である。剥離強化部241pは、吸気口241b及び排気口41f(図1参照)を通る断面において、直角又は鋭角を成すように折り返した形状である。剥離強化部241pは、図13(A)に示す断面において、実質的に直角を成すように折り返した形状である。ただし、剥離強化部241pは、微視的にはエッジを有しておらず、曲面状に折り返した形状である。
 剥離強化部241pは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241a内部に突出している凸部である。
 図13(A)に示すシングルセンタータンブルポート(SCTP)241aは、ガスの流れにおける剥離強化部241pよりも上流に、凹部241vを有している。凹部241vは、剥離強化部241pに隣接しており、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aの延伸方向に沿った断面において曲面を成している。凹部241vが隣接することによって、剥離強化部241pは、急激に排気口41fから遠ざかる向きに折り返した形状である。
 従って、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aの内壁は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aの延伸方向で剥離強化部241pにおいて実質的に不連続である。凹部241v及び剥離強化部241pにより、ガスは壁面から剥離する。
 図13(B)に示すように、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aから小径ロングストロークシリンダ4に吸気されたガスは、剥離強化部241pで壁面から剥離しやすい。剥離したガスは、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aが延伸する向きに流れやすい。従って、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aから燃焼室4rに吸気されるガスのうち、排気バルブ82のバルブ面に向かって流れるガスの流量及び速度が増加する。これに対し、排気バルブ82から見て、吸気バルブ81よりも遠い位置から燃焼室4rに吸気されるガスの量及び流速が減少する。
 この結果、排気バルブ82のバルブ面に沿って流れた後、ピストン部5(図1)に向かう向きの速いタンブル流が生成される。
 図14は、比較例におけるガスの流れを説明する図である。
 図14に示す剥離強化部341pシングルセンタータンブルポート(SCTP)は、剥離強化部241pを有さない。シングルセンタータンブルポート(SCTP)を通るガスは、壁面から剥離しがたい。この結果、シングルセンタータンブルポート(SCTP)241aから燃焼室4rに吸気されるガスのうち、排気バルブ82のバルブ面に向かって流れるガスの流量及び速度が小さい。これに対し、排気バルブ82から見て、吸気バルブ81よりも遠い位置から燃焼室4rに吸気されるガスの量及び流速が、例えば図13(B)に示す場合と比べて大きい。
 この結果、排気バルブ82のバルブ面に沿って流れた後、ピストン部5(図1)に向かう向きのタンブル流は遅い。
 図15は、図12、図13、及び図14それぞれに示す構成におけるタンブル比を示すグラフである。
 グラフのTR1は、図12に示す構成におけるタンブル比を示している。また、TR2は、図13に示す構成におけるタンブル比を示している。また、TRrは、図14に示す比較例の構成におけるタンブル比を示している。タンブル比は、吸気バルブ81のバルブリフトが異なる条件で示されている。
 図12、図13に示す実施形態の構成の場合には、比較例の場合よりも大きいタンブル比が得られる。
 図16は、図1に示す火花点火式2バルブエンジンが搭載された鞍乗型車両を示す側面図である。
 図16に示す鞍乗型車両100は、車体102及び車輪103a,103bを備えている。詳細には、鞍乗型車両100は、自動二輪車である。鞍乗型車両100は、スクータタイプの車両である。後ろの車輪103bは駆動輪である。車体102には、フレーム104が設けられている。フレーム104は、ダウンフレーム104aを含んでいる。
 また、鞍乗型車両100は、加速指示部108を備えている。加速指示部108は、操作に応じて鞍乗型車両100の加速を指示するための操作子である。加速指示部108は、操作に応じて変位する。加速指示部108は、アクセルグリップである。
 鞍乗型車両100は、エンジンユニットEU1を備えている。エンジンユニットEU1は、吸気通路115、及びスロットルボディ116を含んでいる。
 図17は、図16に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
 エンジンユニットEU1が搭載される鞍乗型車両100の走行方向を前方Frとし、前方Frの逆を後方Bkとする。また、前方Fr及び後方Bkを含む方向を前後方向FBとも称する。
 エンジンユニットEU1は、火花点火式2バルブエンジン1、吸気通路115、スロットルボディ116、排気通路117、及び触媒ユニット119を備えている。
 吸気通路115は、火花点火式2バルブエンジン1と接続されている。
 スロットルボディ116は、吸気通路115の途中に設けられている。本明細書における吸気通路115は、スロットルボディ116内のガスの通路を含んでいる。スロットルボディ116は、火花点火式2バルブエンジン1に供給される空気の流量を制御する。スロットルボディ116は、加速指示部108の操作量に基づいて火花点火式2バルブエンジン1に供給される空気の量を制御する。
 排気通路117は、火花点火式2バルブエンジン1から排出されるガスを通す。触媒ユニット119は、排気通路117に設けられている。触媒ユニット119は、排気通路117を通るガスを浄化する。
 火花点火式2バルブエンジン1は、鞍乗型車両100に横向きで配置されている。即ち、火花点火式2バルブエンジン1は、前後方向FBと垂直な鉛直面とピストン部5の往復方向Zとで成す角よりも、水平面と往復方向Zとで成す角が小さくなるように配置されている。
 吸気通路115は、図示しないエアフィルタと、火花点火式2バルブエンジン1とを接続する。吸気通路115は、火花点火式2バルブエンジン1のシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aに連通している。より詳細には、吸気通路115に含まれる吸気管114が、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aとスロットルボディ116とを接続している。吸気通路115は、シングルセンタータンブルポート(SCTP)41aにガスを供給する。より詳細には、吸気通路115は、図示しないエアフィルタから取り込んだ空気をシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aに供給する。
 スロットルボディ116は、スロットル弁116aを備えている。スロットル弁116aは、吸気通路115を流れるガスの流量を調節する。より詳細には、スロットル弁116aは、加速指示部108の操作量に基づいて吸気通路115を流れる空気の量を制御する。
 図17に示すエンジンユニットEU1のスロットルボディ116は、ピストン部5の往復方向Zとスロットルボディ116における吸気通路115の中心線115aとで成す角θ1が、往復方向Zに垂直な面Vと中心線115aとで成す角θ2よりも小さくなるように配置されている。また、スロットルボディ116は、往復方向Zと垂直な方向Yで小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されている。
 また、触媒ユニット119は、往復方向Zと垂直な方向Yで小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されている。つまり、触媒ユニット119は、小径ロングストロークシリンダ4に沿うように配置されている。触媒ユニット119は、直立状態における鞍乗型車両100の鉛直方向で小径ロングストロークシリンダ4よりも下方に配置されている。
 エンジンユニットEU1は、鞍乗型車両100へ搭載されるため、小型であることが求められる。例えば、エンジンユニットEU1に備えられる火花点火式2バルブエンジン1の小径ロングストロークシリンダ4は、鉛直方向で、ダウンフレーム104aよりも上方に配置される。また、エンジンユニットEU1に備えられる吸気通路115及びスロットルボディ116もダウンフレーム104aよりも上方に配置される。
 エンジンユニットEU1よりも上方には、例えば図示しないバッテリ又は収納部が配置される。エンジンユニットEU1は、ダウンフレーム104aと、バッテリ又は収納部との間の限られた空間に配置される。
 図17に示すエンジンユニットEU1が備える火花点火式2バルブエンジンの燃焼室4rは、往復方向Zに見たときにピストン部5の往復動のストロークSt(図1参照)より短い径Bを有している。このため、燃焼室4rを画定する小径ロングストロークシリンダ4の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されているスロットルボディ116の配置の自由度が高い。
 従って、図17に示されているように、往復方向Zと吸気通路の中心線115aとで成す角θ1が、ピストン部5の往復方向Zに垂直な面Vと中心線とで成す角θ2よりも小さくなるようにスロットルボディ116が配置されている場合に、吸気通路115及びシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを曲率の低い曲線に沿って配置することができる。従って、燃焼室4r内における速いタンブル流の生成が妨げられにくい。速いタンブル流によって熱効率がより増大する。
 また、触媒ユニット119は、往復方向Zと垂直な方向Yで小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されている。これによって、触媒ユニット119を火花点火式2バルブエンジン1の近くに配置することができる。触媒ユニット119が火花点火式2バルブエンジン1の近くに配置される場合、より高温の排ガスが触媒ユニット119の触媒に供給されるので、例えばエンジン始動後に触媒の浄化性能をより効果的に発揮することができる。ただし、触媒ユニット119が火花点火式2バルブエンジン1の近くに配置されると、火花点火式2バルブエンジン1から排気される排ガスの流れに対する触媒ユニット119抵抗の影響が大きい。
 図16及び図17に示す触媒ユニット119は、鞍乗型車両100におけるエンジンユニットEU1の最低地上高を維持するような位置に配置されている。従って、触媒ユニット119が配置される低さには制限がある。しかし、小径ロングストロークシリンダ4の径方向でのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合と比べて小さい。このため、触媒ユニット119の形状設計の自由度が高い。このため、例えば、触媒ユニット119を太径とすることによって、排ガスの流れに対する触媒ユニット119の抵抗を抑えることができる。この場合、排ガスの流れに対する抵抗が抑えられることによって、火花点火式2バルブエンジン1の熱効率が向上する。
 また、小径ロングストロークシリンダ4の径方向でのサイズが小さいことによって、火花点火式2バルブエンジン1自体の配置の自由度も高められる。例えば、触媒ユニット119の位置と形状を維持したまま、火花点火式2バルブエンジン1を鉛直方向で、より下方に配置することができる。この結果、吸気通路115及びシングルセンタータンブルポート(SCTP)41aを曲率の低い曲線に沿って配置することができる。従って、燃焼室4r内における速いタンブル流の生成が妨げられにくい。速いタンブル流によって熱効率がより増大する。
 このように、図17に示すエンジンユニットEU1によれば、車両へ搭載性を有しつつ、熱効率を向上することができる。
 図18は、図16とは別の種類の鞍乗型車両を示す側面図である。
 図18に示す鞍乗型車両200は、いわゆるストリートタイプの自動二輪車である。鞍乗型車両200は、車体202、車輪203a,203bを備えている。車体202には、フレーム204が設けられている。フレーム204は、フロントフレーム204fを有する。
 鞍乗型車両200は、エンジンユニットEU2を備えている。エンジンユニットEU2は、火花点火式2バルブエンジン1、吸気通路215、スロットルボディ216、排気通路217、及び触媒ユニット219を備えている。車輪203bは、火花点火式2バルブエンジン1から出力される回転力を受け鞍乗型車両200を駆動する。
 スロットルボディ216は、火花点火式2バルブエンジン1に供給される空気の流量を制御する。
 排気通路217は、火花点火式2バルブエンジン1から排出されるガスを通す。触媒ユニット219は、排気通路217に設けられている。
 図19は、図18に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
 火花点火式2バルブエンジン1は、鞍乗型車両に縦向きで配置されている。即ち、火花点火式2バルブエンジン1は、鞍乗型車両200における鉛直面とピストン部5の往復方向Zとで成す角よりも、水平面と往復方向Zとで成す角の方を大きくするように配置されている。
 鞍乗型車両200における前後方向FBで火花点火式2バルブエンジン1よりも前Frに、フロントフレーム204fが配置されている。
 図19に示すエンジンユニットEU2のスロットルボディ216は、ピストン部5の往復方向Zに延びるピストン部の中心線Lcとスロットルボディ216における吸気通路215の中心線215aとが交わるように配置されている。
 図19に示すエンジンユニットEU2は、前後方向FBでフロントフレーム204fよりも後方Bkに配置されている。火花点火式2バルブエンジンの燃焼室4rは、往復方向Zに見たときにピストン部5の往復動のストロークSt(図1参照)より短い径Bを有している。従って、燃焼室4rを画定する小径ロングストロークシリンダ4の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、ピストン部5の中心線と吸気通路215の中心線215aとが交わるよう配置されるスロットルボディ216の配置の自由度が高い。燃焼室4r内における速いタンブル流の生成が妨げられ難いようにスロットルボディ216を配置することができるので、速いタンブル流によって熱効率をより増大することができる。
 図20は、図19とは更に別のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
 図20に示すエンジンユニットEU3の触媒ユニット319は、図18に示す触媒ユニット219とは異なる位置に配置されている。触媒ユニット319の位置を分かりやすく示すため、フロントフレーム204fの図示は省略されている。その他の点は、図19と同じである。
 図20に示す触媒ユニット319は、往復方向Zと垂直な方向Yで小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されている。つまり、触媒ユニット319は、小径ロングストロークシリンダ4に沿うように配置されている。触媒ユニット319は、エンジンユニットEU3が搭載される鞍乗型車両の前後方向FBで小径ロングストロークシリンダ4よりも前方Frに配置されている。
 図20に示すエンジンユニットEU3も、図19に示すエンジンユニットEU2と同様に、鞍乗型車両200(図18参照)へ搭載されるため小型であることが求められる。例えば、エンジンユニットEU3は、前の車輪203a(図18参照)と間隔をあけて配置される。
 エンジンユニットEU3が備える火花点火式2バルブエンジン1の燃焼室4rは、往復方向Zに見たときにピストン部5の往復動のストロークSt(図1参照)より短い径Bを有している。このため、燃焼室4rを画定する小径ロングストロークシリンダ4の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、小径ロングストロークシリンダ4と重なる位置に配置されている触媒ユニット319の配置の自由度が高い。
 図20に示すエンジンユニットEU3において、触媒ユニット319が火花点火式2バルブエンジン1の近くに配置されることによって、例えばエンジン始動後に触媒の浄化性能をより効果的に発揮することができる。また、ピストン部5の往復動のストロークSt(図1参照)より短い径Bを有する燃焼室4rを備えた火花点火式2バルブエンジン1の小径ロングストロークシリンダ4に沿うように触媒ユニット319が配置されているので、触媒ユニット319に太い径を採用することができるため、火花点火式2バルブエンジン1から排出された排ガスが触媒ユニット319を通過するときの抵抗を減少することができる。従って、排気行程における排ガス流の抵抗が減少するので熱効率を向上することができる。
 1   火花点火式2バルブエンジン
 2   クランクシャフト
 4   小径ロングストロークシリンダ
 4r  燃焼室
 5   ピストン部
 7   オフセット点火プラグ
 7a  オフセット点火部
 41a,241a,341a  シングルセンタータンブルポート
 41b 吸気口
 41e 排気ポート
 41f 排気口
 81  吸気バルブ
 100,200 鞍乗型車両
 115,215    吸気通路
 116,216 スロットルボディ
 116a スロットル弁
 117  排気通路
 119,219,319  触媒ユニット
 216  スロットルボディ
 EU1,EU2,EU3  エンジンユニット

Claims (7)

  1.  火花点火式2バルブエンジンであって、
     前記火花点火式2バルブエンジンは、
     燃焼室を画定するとともに往復動するピストン部と、
     前記ピストン部の往復動に応じて回転するよう前記ピストン部と連結されたクランクシャフトと、
     前記燃焼室に排気口を介して連通する1つの排気ポートと、
     前記燃焼室に吸気口を介して連通し、前記吸気口から前記燃焼室へ吸気されたガスに前記往復方向と交わる方向に延びた軸線周りのタンブル流を生成させるように前記吸気口に送るガスを前記吸気口に続く壁面から剥離する剥離強化部を有し、前記吸気口は、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記吸気口の幅を有し且つ前記吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される延長領域が前記排気口と重なるように設けられた、1つのシングルセンタータンブルポートと、
     前記排気口を開放及び閉鎖する1つの排気バルブと、
     前記吸気口を開放及び閉鎖する1つの吸気バルブと、
     前記往復方向に見たときに前記排気口の中心及び前記吸気口の中心を通る中心通過線により前記燃焼室が区分されることにより定義される2つの領域のうち第1の領域に、前記中心通過線と重ならないように配置されるオフセット点火部により、前記燃焼室のガスに火花点火するように構成されたオフセット点火プラグと、
     前記1つの排気ポート及び前記シングルセンタータンブルポートが形成され、0.1L以上0.2L未満の行程容積を有し、前記ピストン部とともに前記燃焼室を画定する小径ロングストロークシリンダであって、前記燃焼室は、前記往復方向に見たときに、前記ピストン部の往復動のストロークより短い径を有し、前記往復方向に見たときの前記燃焼室の径より長いストローク分前記ピストン部が下死点へ向けて移動する時に前記剥離強化部を経て前記シングルセンタータンブルポートから吸気されたガスに前記タンブル流を生成させるとともに、前記ピストン部が上死点に向かって前記径より長いストローク分移動する時に前記ピストン部に押された前記ガスを前記吸気口に向かわせるように形成されている小径ロングストロークシリンダと、
    を備える。
  2.  請求項1に記載の火花点火式2バルブエンジンであって、
     前記小径ロングストロークシリンダは、0.1L以上0.18L未満の行程容積を有する。
  3.  請求項1又は2記載の火花点火式2バルブエンジンであって、
     前記ピストン部は、前記燃焼室の径の1.2倍よりも大きいストロークで往復動する。
  4.  エンジンユニットであって、
     前記エンジンユニットは、
     請求項1から3いずれか1項に記載の火花点火式2バルブエンジンと、
     前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
     前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディとを備え、
     前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とで成す角が、前記ピストン部の往復方向に垂直な面と前記中心線とで成す角よりも小さくなるように、前記ピストン部の往復方向と垂直な方向で前記小径ロングストロークシリンダと重なる位置に配置されている。
  5.  エンジンユニットであって、
     前記エンジンユニットは、
     請求項1から3いずれか1項に記載の火花点火式2バルブエンジンと、
     前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
     前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディと
    を備え、
     前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向に延びる前記ピストン部の中心線と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とが交わるように配置されている。
  6.  エンジンユニットであって、
     前記エンジンユニットは、
     請求項1から3いずれか1項に記載の火花点火式2バルブエンジンと、
     前記小径ロングストロークシリンダの径方向に見たときに前記小径ロングストロークシリンダと少なくとも部分的に重なり合うように配置され、前記火花点火式2バルブエンジンの前記燃焼室から排出された排ガスを浄化する触媒を収容する触媒ユニットと
    を備える。
  7.  請求項1から3いずれか1項に記載の火花点火式2バルブエンジンと、
     前記火花点火式2バルブエンジンに駆動される車輪と、
    を備える車両。
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